宾州州立大学的描述技术

SilcoTek位于宾夕法尼亚州的Bellefonte，距离宾夕法尼亚州立大学的主校园(大学公园)只有几英里。它将这种地理上的邻近转变为与一个世界级研究机构的强大合作关系。

SilcoTek的研发科学家都是大学材料表征实验室(MCL)的训练用户。欧洲杯足球竞彩本实验室拥有广泛的表征技术和设备，以及一组经验丰富的工作人员，他们可以回答有关材料科学的问题。2020欧洲杯下注官网欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球以下部分将重点介绍几个技术，SilcoTek的科学家通过宾夕法尼亚州立大学经常使用。除了下面讨论的，SilcoTek还可以访问PSU MCL网站上列出的所有技术。

扫描电子显微镜

这扫描电子显微镜当光学显微镜无法提供所需细节水平的足够分辨率时，可以“近距离”观察材料。扫描电镜克服了传统光学显微镜固有的两个局限性:景深差和分辨率低⁵．

从理论上讲，成像技术的最高分辨率是成像能量波长的一半的大小。SEM使用电子而不是可见光（如在光学显微镜中）作为成像源。由于电子的波长是低于可见光的数量级，因此SEM可以实现比光学显微镜更高的分辨率。

在光学显微镜中，由于高倍率物镜的大孔径角(短焦距增大孔径角)，使得景深受到限制。然而，扫描电镜有一个很长的工作距离和非常小的孔径角，因此可以提供一个更好的景深。

在扫描电子显微镜中，聚焦电子束以光栅模式撞击样品的特定区域。入射电子可以通过以下三种途径之一:

1）它们可以在样品原子中具有与电子的无弹性碰撞，并产生二次电子（能量<50eV）

2）它们可以通过样品原子的核来体验弹性碰撞（即，没有动能丧失动能）并产生反向散射电子（能量> 50eV）

3)它们可以通过样品内部的空间而不发生碰撞。适当的探测器可以用来收集背向散射或从样品表面发射的二次电子，然后将它们处理成图像。这些图像被投射到阴极射线管(CRT)上。

二次电子（SE）成像模式通常提供优异的表面形状对比度，而后散射电子（BSE）成像模式突出显示样品中的密度差异。

Penn State的MCL有许多SEM仪器，可提供光束减速或低真空操作模式，用最新的工具添加到亚纳米秤上产生分辨率。

下面的图9显示了两个表面的SEM图像SilcoTek涂料(在SE模式下)，研发科学家已经试验了控制涂层表面形貌的方法(光滑vs粗糙)。

SEM使SilcoTek的客户受益:在非常高的放大率下提供涂层的视觉特性;突出表面缺陷并协助排除故障。

能量色散x射线光谱(EDS)

EDS是一个元素分析技术，通常安装在诸如SEM的电子柱器械中。因此，它通常与SEM结合使用并称为SEM EDS。

当扫描电镜中的入射电子束穿过样品时，次级电子被敲出壳层。这些次级电子被探测器收集起来形成扫描电镜图像)，并在样品原子中留下数千个空壳层。空空如也的内壳层会使原子变得不稳定，而来自高能量外层的电子会落入空空如也的内壳层，填补这个“空穴”。

这个过程以x射线发射的形式释放出两个壳层之间的能量差。x射线的波长和能量对每种元素以及所涉及的壳层都是独特的(例如，Ka线是指l壳层电子填充空k壳层而发出的x射线)。因此，收集和分析这些特征x射线线可以解析样品的元素组成。

由于x射线发射来自电子束撞击的同一样品区域，因此(在SEM中)被成像的区域与被EDS分析的区域是相同的。根据样品密度和入射电子束的能量，EDS信息的深度通常在0.5到3毫米之间。⁵

因此，能谱分析被认为是一种块体元素分析技术，并不能提供足够的分辨率，前几十纳米的表面。各种分析模型可用于EDS测量，包括元素映射、元素线扫描和光谱采集。

下面的图10显示了铝衬底与二氧化硅(SiO)的SEM-EDS分析结果₂)污染，在宾夕法尼亚州立大学的MCL进行。使用元素映射模式，不同的元素以不同的颜色突出显示。在故障排除过程中，SilcoTek的科学家使用这种技术快速识别铝基板上的污染物种。

EDS通过提供元素分析信息并协助故障排除，使Silcotek客户受益。

x射线光电子能谱

XPS是目前最有用的表面敏感分析技术之一。它可以检测除氦和氢以外的所有元素，并提供从样品表面区域顶部1到10纳米的深度信息。⁵

在XPS中，入射的x射线束轰击样品表面，其能量被样品表面的原子吸收。如果x射线光子的能量足以使一个电子从其原子核中释放出来，那么逃逸的电子(称为光电子)就会从样品表面发射出来。根据爱因斯坦的光电定律，入射光子的能量被分成两部分:一部分用来克服电子的结合能(BD)，将电子从其核心释放出来，其余部分作为动能传递给光电子。

由于入射x射线光子的能量是已知的，测量照片的动能有助于确定BE的值。BE是特定元素的特征，也是这些元素的化学状态和结合环境的特征。因此，光电子的强度可以用来确定每一种元素的相对浓度。

下图11展示了在PSU MCL中使用XPS来研究涂层的氧化过程。SilcoTek的科学家使用这种技术来研究涂层中硅原子的氧化，通过结合能从Si-C向Si-O的转移来证明。

XPS通过提供真正的“表面”（前1-10纳米）信息来利用Silcotek客户;确认成功的表面粘合;识别表面污染和检测表面化学变化。

电介质P-E测量

客户越来越多地询问硅片涂料的电气性质。一般来说，硅胶基硅涂层（SilcoNert^®和硅胶^®）表现出电阻式的行为（即，它们允许电流流过它们）。相反，DRSAN是一种介电涂层（即，由施加的电场和通过偏振存储电力极化的电绝缘体）。

使用P-E（偏振与电场）测量，在Penn状态MCL的介电特性实验室在Penn状态MCL处进行硅片涂层的表征。P-E循环是针对在任何给定频率下施加到该装置的场（E）开发的电荷或偏振（P）的图。

理想情况下，线性电容的P-E回路是一条直线，其梯度与电容成正比。然而，如果有通过电阻损耗(也称为损耗电容)的电流泄漏，直线将打开成一个狭窄的环路。这表示设备中的电阻泄漏。

图12显示了两种Dursan涂层的P-E响应。左边的图显示了被描述为“损耗电容器”，而右边的图显示了低损耗理想介质涂层的线性P-E响应。SilcoTek的科学家已经使用这种表征工具来改进工艺，并消除对良好介质涂层的“有损电容”响应。

P-E测量通过提供介电特性信息和检测涂层中的电流泄漏使SilcoTek的客户受益。

总结

本文简要概述了SilcoTek可用的一系列材料表征技术。它旨在帮助客户了解SilcoTek研发活动的范围和能力，并说明如何使用不同的工具来促进SilcoTek开发更创新的解决方案，以帮助客户解决各种应用挑战。

这些工具的易用性使得SilcoTek的制造团队能够对涂层产品进行严格的质量控制。因此，SilcoTek可以为所有客户提供一致和可靠的涂层服务。

此外，SilcoTek与宾夕法尼亚州立大学的密切联系意味着可以获得一些最先进的表征设备/技术。2020欧洲杯下注官网SilcoTek的目标是将这一优势转化为为客户提供最好的涂层服务和解决方案。

参考文献

1. 袁勇、李廷瑞，“接触角与润湿特性”，《中国机械工程》，2013,DOI: 10.3724 / sp . j . 1004。欧洲杯线上买球
2. “超疏水表面的研究进展”，清华大学学报(自然科学版)，2008年第4期。
3. 左勇，庞仁，李伟，熊建平，唐玉明，“基于电阻抗谱中高频域相位角变化的涂层性能评价”，腐蚀科学，2008,50,3322。欧洲杯线上买球
4. Gamry Instruments应用笔记“电化学阻抗谱基础”。
5. C. R. Brundle，C. A.埃文斯Jr.和S. Wilson，“材料表征百科全书：表面，界面，薄膜”，Butterw欧洲杯足球竞彩orth-Heinemann，1992。

此信息已采购，从硅片提供的材料进行审核和调整。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问SilcoTek。