智能手机屏幕玻璃中金属的表面分析

本文利用深度剖面技术对智能手机显示玻璃近表面区域的元素浓度进行了分析。研究了碱金属和碱土金属在玻璃增韧过程中的分布，特别是钾。本文比较了单原子Ar和Ar团簇深度剖面方法，以了解这两种技术的离子轰击效应。本文着重介绍了无机材料，特别是轻碱金属材料深度剖面时离子选择的意义。欧洲杯足球竞彩

介绍

传统上，苏打石灰玻璃已在建筑和汽车窗中使用，但最近，它已在光伏和智能显示器中使用。由于应用的这种转变，了解在玻璃表面的过程中进行质量控制和故障分析的过程变得越来越重要。碱和碱土金属的分布和迁移率对于电子器件尤为重要，因为它们可能对玻璃的电性能产生显着影响。

钠钙玻璃通常含有Si、O、Na、Mg和Ca，但K元素也被包含在智能手机的显示屏中，以最大限度地减少受到冲击时断裂的可能性。该制造方法采用离子交换过程，即用K取代玻璃表面的Na，较大的K离子在玻璃结构中占据更大的空间，产生残余抗压强度(图1)。

图1所示。离子交换机制。

本文旨在了解钢化玻璃中金属的分布情况。利用深度剖面分析了地表单元的分布。单原子的基于“增大化现实”技术⁺传统上用氩离子作为碰撞离子，本文还讨论了使用大型氩离子团簇的优点。

实验

一个Kratos轴Nova Photo Electron光谱仪用于获取所有测量值。它结合了几个特点，使得对这类具有挑战性的样品进行高分辨率光谱分析成为常规过程:

• 一个500毫米的罗兰圈圈X射线单色器
• 延迟线探测器
• 磁性透镜
• 同轴电荷中和系统
• 165毫米半球形分析仪

由于样品的大面积，整个智能手机屏幕被加载而无需切割和廉正可能损失。将智能手机屏幕放在压板上，由两个铜夹固定（图2）。

图2。智能手机屏幕装有样品压板。

新的气体簇离子源用于进行深度剖面。使用的离子为5kv Ar⁺和20 kV ar₅₀₀⁺．两种剖面的陨坑大小均为1mm × 1mm，每个陨坑中心的分析区直径为220µm。使用SiO₂在20kv Ar条件下，腐蚀速率为13nm /min₅₀₀⁺．

结果和讨论

图3a显示了使用5kv Ar的XPS深度剖面⁺．

图3。5kv单原子深度剖面。

如预期的是主要成分。低浓度元件在图3B中放大。K在显示器表面的最高浓度（〜2.4％），其浓度在大于5μm的深度下降至<0.5％。对k浓度的降低并发是Na浓度的上升。有趣的是，表面区域中存在的其他元素几乎没有差异保持不变，突出显示K和NA之间的关系作为离子交换机制中的关键参与者。除去外k处理层后，达到稳态Na浓度（<4％） - 对于〜9％的钠钙玻璃预期的化学计量比率相当小。

在早期的研究中，已经在Monatomic AR下的表面区域中报道了降低的Na +离子⁺轰炸^2，3．高流动性Na⁺由于近表面区域的正电荷累积，离子被排斥到玻璃的大部分。当一个离子接近玻璃表面时，由于电子从表面转移而在玻璃上产生一个正表面层。由于这个带正电的区域，钠离子被排斥到玻璃基质中，形成了一个钠耗尽区。这一过程通常被称为场诱导迁移，导致碱元素的浓度被低估。

相比之下，20 kV ar₅₀₀⁺团簇离子用于进行深度剖面。这里K在表面的浓度也最高(3.6%)，比在单原子Ar中观察到的高33%⁺深度剖面。

图4。20 kV基于“增大化现实”技术₅₀₀⁺深度剖面。

最显著的是使用AR时整体Na浓度的差异₅₀₀⁺，8.8％与使用单组织AR相比<4％相比⁺．这个值也与预期的化学计量浓度相似，表明在簇轰击下发生了可忽略的场诱导迁移。不同深度剖面方法之间离子电流的变化是导致迁移减少的原因。在单原子氩的作用下，表面经历数µA的离子电流⁺但是当前在集群模式下通常要少100倍。这种减少的离子电流导致更少的电荷积聚，因此，减少迁移。图5为Na和K两种模式的对比。

图5。单原子(红色)和团簇(蓝色)深度剖面的K和Na剖面比较。

结论

本文讨论了一种智能手机显示器的分析，以调查金属分布在顶面的两种不同的深度剖面方法。由于这种元素是一种增韧剂，所以K在表面的分布是特别有趣的。K的存在得到了证实，但在大于5µm的深度，K的浓度降低到<0.5%，说明K在离子交换法中渗透较浅。

对于两种模式，K的表面浓度存在差异，团簇轮廓显示出相当多的表面K。这一结果，以及单原子的Ar⁺低估了整体Na浓度，强调了由于碱金属场诱导迁移的不利影响而导致的单原子深度剖面的局限性。由于随着离子半径的增加，离子迁移率降低，这一效应不像在Na中观察到的那样明显。

从这些结果可以看出，XPS和Ar簇离子溅射的组合是一种简单，可靠的碱玻璃深度分析方法。

参考资料及进一步阅读

1. Y. Yamamoto，K. Yamamoto，J.非。哭。Sol。，356 2010,14。
2. J. Coursell等。J.冲浪。肛门。，20,2014,211。
3. L. S. DRAKE，D. E. King，J.R.Pitts，A. W.Czanderna，离子束效应 - 全部媒体纽约。

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