《鋁制多層復(fù)合釬焊板 氧化膜厚度的測試方法 俄歇電子能譜法》編制說明

CSTM團體標(biāo)準(zhǔn)《鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化膜厚度的測試方法俄歇電子能譜法》編制說

明

（立項階段□征詢意見階段審定階段□報批階段□）

1、目的意義

鋁制多層復(fù)合釬焊板，用于空調(diào)、油冷器、水箱和工業(yè)空分散熱器等散熱器

部件，在航空航天領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。研究其氧化膜的組織機理及在加工過程

中釬焊復(fù)合層界面處的微觀組織演變的變化規(guī)律有利于產(chǎn)品質(zhì)量的提升，有助于

提高產(chǎn)品市場占有率。

目前主流的元素價態(tài)測試方法是X射線光電子能譜（XPS）法。該方法受限

于空間分辨率低，只能得到樣品表面大面積分析區(qū)域的平均值，無法滿足樣品微

觀組織演變即微區(qū)分析（如不同壓痕區(qū)域）的要求。

俄歇電子能譜（AES）具有非常靈敏的表面性，是最常用的表面分析手段，

采用電子束作為激發(fā)源，具有很高的空間分辨率，最小可達到6nm，可以滿足樣

品表面微區(qū)分析的要求。俄歇電子能譜依據(jù)俄歇電子的能量來識別元素，利用俄

歇化學(xué)位移可以分析元素的化學(xué)價態(tài)和存在形式，相對于XPS測試方法，AES方

法更能滿足鋁制多層復(fù)合釬焊板其氧化膜的組織機理及在加工過程中釬焊復(fù)合

層界面處的微觀組織演變的變化規(guī)律的測試要求。

本標(biāo)準(zhǔn)的測試方法原理是在深度剖析過程中，利用俄歇電子能量的變化和線

形的變化對元素的化學(xué)狀態(tài)進行分析，測量和計算化合物元素相對靈敏度因子，

使用線性最小二乘法(LLS)對元素進行化學(xué)狀態(tài)分峰擬合處理，擬合后進行定量

分析，不同化學(xué)態(tài)譜峰交叉位置對應(yīng)的相對深度標(biāo)定為氧化膜的厚度。

2、預(yù)期的社會效益、經(jīng)濟效益

本標(biāo)準(zhǔn)適用于準(zhǔn)確測定鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化膜厚度的方法，其他金屬氧

化膜的測定可參照執(zhí)行，本標(biāo)準(zhǔn)的實施為規(guī)范指導(dǎo)企業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督提供

標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)支撐，推動產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

3、工作簡況

本標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)來源是科學(xué)試驗標(biāo)準(zhǔn)化領(lǐng)域委員會FC98/TC02，經(jīng)過近一年的

標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研和數(shù)據(jù)驗證，本標(biāo)準(zhǔn)于2023年7月19日完成立項工作。

（1）下達計劃任務(wù)的完整名稱、項目計劃發(fā)布文件號、本項目的計劃代號；

CSTMLX9802012660-2023鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化膜厚度的測試方法

俄歇電子能譜法

（2）主要承辦單位完整名稱、副主辦單位或協(xié)作單位完整名稱；

清華大學(xué)，大連大學(xué)，西安交通大學(xué)

（3）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的主要工作過程：

a）立項階段：

通過對國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)研，國內(nèi)外尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，2023年3月21日線上立項

評審，2023年7月13號立項。

（4）標(biāo)準(zhǔn)起草單位和工作組成員。

起草單位：清華大學(xué)，大連大學(xué)，西安交通大學(xué)

工作組成員：楊立平，段建霞，姚文清，王艦，高星星，陳玉。

4、標(biāo)準(zhǔn)編制的原則

參照GB/T1.1《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》

的規(guī)定編寫，GB/T20001.4-2015《標(biāo)準(zhǔn)編寫規(guī)則第4部分：試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的

規(guī)定起草；在確定本標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)指標(biāo)時，綜合考慮生產(chǎn)企業(yè)的能力、科研科技

水平以及用戶的利益，尋求最大的經(jīng)濟和社會效益，充分體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)在技術(shù)上的

先進性和合理性。

5、確定標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容的依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)利用俄歇電子能譜儀對樣品進行深度剖析過程中，基于俄歇電子能量

和俄歇線形的變化分析元素的化學(xué)狀態(tài)，通過線性最小二乘法(LLS)進行化學(xué)態(tài)

分峰擬合，用相對靈敏度因子進行定量分析，從而獲得鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化

膜的厚度。

本標(biāo)準(zhǔn)樣品可以使用平整的鋁箔，剪裁成適合儀器分析的尺寸，按照儀器設(shè)

備操作要求放入儀器，按照儀器操作要求調(diào)節(jié)樣品臺，使樣品臺傾斜軸（Tilt）

與水平方向夾角為30°，確認(rèn)最佳分析位置，如圖1所示。調(diào)整電子槍電壓為10

kV，束流10nA，放大倍數(shù)200倍，轉(zhuǎn)動樣品臺使樣品輥壓條紋呈現(xiàn)豎直方向，如

圖1所示。

圖1樣品200倍電子像

在鋁箔的表面存在微米級別的輥壓條紋，為了消除輥壓條紋對測試結(jié)果的影

響，分析區(qū)域盡量采集平整區(qū)域，將圖像放大倍數(shù)提高到500倍，選取50微米×

50微米的測試區(qū)域，如圖2所示。

圖2500倍電子像和測試區(qū)域

設(shè)定入射能量為10kV，對樣品采譜，得到積分譜，對積分譜9點SavGol平

滑，5點Derivat微分得到微分全譜和窄譜譜圖。圖3中AlKLL窄譜譜圖分析能量

范圍為1350eV至1420eV。

圖3AlKLL窄譜能量范圍

按照GB/T30702-2014中A.3.2.3的要求計算測量化合物得到的元素相對

靈敏度因子，見式（1）。

Iref

Eci（）

SSirefkey...........................................................1

XIikey

式中：

SEc

i指定化合物中元素i的元素相對靈敏度因子

Iref

i參考樣品中元素i的測量強度

Xref

i參考樣品中元素i的原子分?jǐn)?shù)

Ikey關(guān)鍵材料中的測量強度

關(guān)聯(lián)材料中的元素相對靈敏度因子

選擇Ag為參考物質(zhì)采集俄歇譜圖。選取電子槍發(fā)射電壓10kV、束流10

nA，相對靈敏度因子為0.364。利用式（1）計算鋁制復(fù)合釬焊板中金屬鋁（Al2）

和氧化鋁（Al4）的測量化合物得到的元素相對靈敏度因子。

為了降低表面污染對氧化膜厚度測量結(jié)果的影響，建議使用10kV電子槍入

射能量。

表1給出了入射能量為10kV，筒鏡型分析器（CMA）測得的鋁制復(fù)合釬

焊板中金屬鋁價態(tài)（Al2）和氧化鋁價態(tài)（Al4）的元素相對靈敏度因子計算值，

其他類型分析器按照式（1）計算。

表1金屬鋁價態(tài)（Al2）和氧化鋁價態(tài)（Al4）的元素相對靈敏度因子計算值

化合物價態(tài)名稱化合物元素相對靈敏度因子

金屬鋁Al20.082

氧化鋁Al40.078

深度剖析過程中，采集AlKLL窄譜，對積分窄譜9點SavGol平滑，5點Derivat

微分得到微分窄譜。用LSS法，對AlKLL進行金屬鋁價態(tài)和氧化鋁價態(tài)的分峰擬

合，擬合后使用表1中計算得到的金屬鋁Al2和氧化鋁Al4的相對靈敏度因子

進行定量分析，求出原子百分含量隨相對深度的剖析譜，譜圖中Al2.1st和

Al4.1st交叉的位置對應(yīng)相對深度就是氧化層的厚度，見圖4。

圖5氧化層厚度

不確定度評定：

本試驗方法的不確定度主要分量包括測量重復(fù)性（含試樣均勻性）、標(biāo)準(zhǔn)物

質(zhì)以及儀器設(shè)備深度濺射速率校準(zhǔn)誤差對分析結(jié)果的影響，其它因素對分析結(jié)果

的影響在此忽略不計。

6、主要試驗或驗證結(jié)果

為了選擇合適的試驗條件，本試驗設(shè)定3種入射能量的參數(shù)，考察入射能量

對鋁制多層復(fù)合釬焊板氧化膜厚度測量穩(wěn)定性的影響。每種入射能量的樣品重復(fù)

測試5次，以膜厚的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD值為考察對象。

入射能量膜氧化膜厚度（nm）RSD

（kV）12345

104.404.424.314.544.540.10

54.854.545.234.564.450.32

34.484.734.274.684.690.19

7、與國際、國外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對比情況

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)國際＼國外＼國家＼行業(yè)＼地方＼團體標(biāo)準(zhǔn)

主要參數(shù)對比表

GB/ZGB/TE984-12

標(biāo)準(zhǔn)號本標(biāo)準(zhǔn)GB/T25188-2010

32494-201636533-2018(Reapproved2020)

用俄歇電子能譜法

鑒別化學(xué)效應(yīng)和基

硅酸鹽中

表面化學(xué)體效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)指南

鋁制多層復(fù)合釬焊微顆粒鐵硅晶片表面超薄氧

分析俄歇-StandardGuidefor

板氧化膜厚度的測的化學(xué)態(tài)化硅層厚度的測量

標(biāo)準(zhǔn)名稱電子能譜IdentifyingChemical

試方法俄歇電子能測定俄歇X射線光電子能譜

化學(xué)信息EffectsandMatrix

譜法電子能譜法

的解析EffectsinAuger

法

Electron

Spectroscopy.

規(guī)定了一種準(zhǔn)確測

識別X射

量硅晶片表面超薄

線或者電概述了化學(xué)效應(yīng)和

規(guī)定了硅氧化硅厚度的方

規(guī)定了俄歇電子能子激發(fā)的在俄歇電子能譜中

酸鹽中微法，即X射線光電

譜法測定鋁制多層俄歇譜中觀察到的基質(zhì)效應(yīng)。

顆粒鐵的子能譜法（XPS），

復(fù)合釬焊板氧化膜的化學(xué)效給出了利用俄歇化

范圍識別及其適用于熱氧化法在

厚度的原理、試驗條應(yīng)以及把學(xué)效應(yīng)用于識別或

測量的俄硅晶片表面制備的

件、儀器設(shè)備、樣品、它們用于表征的指南，適用于

歇電子能超薄氧化硅層厚度

試驗步驟的方法化學(xué)表征電子激發(fā)和X射線

譜方法的準(zhǔn)確測量，適用

的方法準(zhǔn)激發(fā)俄歇電子能譜

的氧化硅層厚度不

則

大于6nm

利用俄歇電子能譜

儀對樣品進行深度

剖析過程中，基于俄俄歇電子

歇電子能量和俄歇能譜基本

線形的變化分析元原理依據(jù)

原理素的化學(xué)狀態(tài)，通過無內(nèi)容GB/T無內(nèi)容無內(nèi)容

線性最小二乘法26533-2011

(LLS)進行化學(xué)態(tài)分中第4章的

峰擬合，用相對靈敏定義

度因子進行定量分

析，從而獲得鋁制多

層復(fù)合釬焊板氧化

膜的厚度。

良好電接

制樣要求良好電接觸無有方向性要求無

觸

試驗條件室溫?zé)o室溫室溫?zé)o

俄歇電子俄歇電子俄歇電子能譜儀/X

儀器設(shè)備俄歇電子能譜儀X射線能譜儀

能譜儀能譜儀射線能譜儀

俄歇電子表面化學(xué)分析X射

俄歇電子能譜分析

試驗方法無能譜分析線光電子能譜分無

方法通則

方法通則析指南

試驗結(jié)果1-微無指導(dǎo)方可微區(qū)分

可微區(qū)分析無法微區(qū)分析無指導(dǎo)方法

區(qū)分析法析

試驗結(jié)果2-膜無指導(dǎo)方無指導(dǎo)方

可測定可測定無指導(dǎo)方法