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摘
要
辉光放 电原子发射光谱仪可用 于物质表 面化学成分 随深度分布 的分析 ， 在镀 层分析 、金属材料 检
验等领 域有着广泛的应用 。 文章介绍了辉光深度分析的传统方法 和局 限性 以及实 时深 度测量技 术的近期研 究 ，提出了一种用于辉光放电光谱深度分析 的激光 实时测量新方 法。文 章采用激光位 移传感器 和根 据激光
射深度的实时测量 ，给出了实时深度测量 曲线 。
１ 辉光深度分析 的传统方法及其局 限性
辉光放 电光谱仪对样品进行溅射激发得到的基本信息是
元素谱线强度与溅射时间的关 系函数 ，而定量深度轮廓分析
辉光放电原子发 射光谱 仪 （ ｌｗ ｄｓｈ ｒｅｏ ｔ ａ ｅ ｓ ｇｏ ｉ ａｇ ｐｉ ｌ ｍｉ ｃ ｃ —
则需建立元素的百分含量与溅射深 度的 函数关 系［ 。目前 ９ 。
辉光放 电光谱仪商品仪器在进行样品定量深度 轮廓分析时多 采用 由瑞典科学家 Ｂ ｎ ｔｏ ｅ ｇｓｎ于 １９ 年 提出的 ＳＭＲ深度分 ９４ Ｉ 析方法ｌ １ 。由于涂镀层样 品具有多基体特性 ， 需要选择大量 不同基体的均匀块状标 准样 品来建立工作 曲线 。不同基体材 料的溅射 率不 同，使得同一含量元素在不 同基体 中的光谱 信
深度分析 的传统方法 中， 一直 以来前人大多用理论模 型和估
算的方式对溅射深度的测量进 行探讨 ，而对真正实 时测 量方
法 的研 究 还 处 于 摸 索 阶段 。实 时 深 度 测量 将 帮 助 我 们 了解 样 品表 面溅 射 深度 到底 发 生 了怎 样 的 变 化 ， 实 现 真 正 意 义 上 并
一
种用 于辉 光放 电光谱深 度分 析 的激光 实 时测量 新方 法
万真真 ，李小佳 ，王永清 ，施 宁。 ，孙荣 霞。
１ ．钢铁研究总院 ，国家钢铁材料测试中心 ， 北京 １０ ８ ００ １
２ 河北大学电子信息工程学院， ． 河北 保定
３ ．北京航空航天大学软件学院， 北京
０ １０ ７０ ２
深度 的测量都非 常关 键［３。但样 品溅射 深度 的实 时原位 测 １ － ３
量（ｎｓ ｕｄ ｐｈｍｅｓ ｒｍｅ ｔ［ 一 直难 以实现 ，能够实 时 ｉ ｔ ｅｔ ａｕｅ ｎ） ｉ ］ 原 位深度测量的新技术将 为定 量分析方法提供更为准确快速 的深度分析信息 。
本文采用激光实时深度测量系统对锌合金标准样 品进行 了溅
以及前人对激光实时深度测量技 术的研究 。详细介绍 了激光
实 时深 度 测 量 方 法 的 原 理 和 系统 设计 方 案 。本 文 采 用 激 光 位
移传感器 （ ｓｒ ｉ ｌ ｅ ｎ ｅｓｒ 和符合激光三 角测量 的 １ ｅ ｓ ａ ｍｅ ｔ ｎｏ） ａ ｄｐｃ ｓ
新 型 Ｇｒ ｍ 辉光 放 电等离 子体 激发 光源 （ ｒ －ｙ ｅｇｏ ｉ ｍ ｇｉ ｔｐ ｌｗ ｍｍ
的实时定量深度轮廓分析 。
ห้องสมุดไป่ตู้
引 言
现代表面分 析技 术被广泛应用于产品生产质量检 验 、 生 产工艺参数控制等分析领域 。目前有多种分析仪器 可进行表 面逐层分析 ， 辉光放 电光谱仪 （ － Ｅ ） 如 ＧＤ Ｏ Ｓ 、二次 离子质 谱
本文首先阐述了目 前辉光深度允折的传统方法和局限性
ｓ ｎｓｅｔ ｇａ ｈ Ｇ ＯＥ ） 近 年 来 出 现 的 用 于 物 质 表 面 ｉ ｐｃｒ ｒｐ ， Ｄ－ Ｓ 是 ｏ ｏ
化学成分检测的现代分析仪器 。Ｇ － Ｓ能够直接 分析固体 Ｄ ＯＥ 样品 ， 并且可以进行样品表 面逐 层分 析 ， 被成 功应用 于涂镀
层 、 硬 涂层 、金 属材 料检 验 等材 料 测 试 研 究 领 域 ｌ ］ 辉 光 超 ６。
收 稿 日期 ：２ １ －Ｏ２ 。 订 日期 ： Ｏ ｌ０—５ ０ Ｏｌ 一７ 修 ２ ｌ 一３１
基金项 目：国家科技部科学仪器设备升级改造专项课题 （Ｇ－０ ２９ 资助 Ｊ ２ ０—） 作者简介 ： 万真真 ，女，１ ８ ９ １年生 ， 钢铁研究总院博士研究生 ｅ ｉ ｍａｌ ｎ ｈｎ ｈｎ ２ ．ｏ － ｌ ｍａ ：ｅ ｉ ｚ ｅ ｚｅ ＠１６ ｃｒ ｗａ ｎ
关键词
辉光放 电原子发射光谱仪 ； 深度 轮廓分析 ； 激光测量 ； 实时深度测量 ； 辉光放电 ； 镀层
文 献标 识 码 ：Ａ Ｄ Ｉ ０ ３ ６／．ｓｎ １０ —５３ ２ １ ）９２ ３—６ Ｏ ：１． ９ ４ｊｉ ． ０ ００ ９ （０ １０ －５ ６０ ｓ
中 图分 类 号 ： ５ ． ０６ ７ ３
测量方法设计的辉光放电光源构成实时深度测量系统 ，详细 阐述 了系统 的设计 方案和技术 原理。系统的设
计结构能够实现在辉 光光谱分析 的同时进行 激光实时溅射深度 的测量。通 过实验验证 和分析 了激光 实时测 量样品溅射深度过程 中产生 的光源位移现象 。采用双激 光器 实时深度测量 系统 对锌合金标 准样 品进行 了溅 射深度的实时测量 ，给出了实时深度测量曲线。通过将溅射 面测量 曲线与参 考面曲线进行叠加 ， 得到 了样品 溅射坑深度 的实 际值 ，与 Ｄ ｋａ ８型表 面形貌仪测量结果一致 。 ｅｔｋ
第３卷， ９ １ 第 期 ２０ １１年 ９月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｖ １３ ， ｏ９ｐ２３—５ １ ｏ １Ｎ ． ，ｐ５ ６ ４ ． ２
Ｓ ｐｅ ｂｒ ０ １ ｅ ｔｍ ｅ ，２ １
Ｓｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ
ｄｓｈｒｅｓｕｃ） 成 实 时 深 度 测 量 系 统 。通 过 实 验 发 现 并 ｉ ａｇ ｏ ｒｅ构 ｃ
仪（ Ｉ ） ＳＭＳ 、俄歇电子 能谱 仪 （ Ｅ ） Ａ ｓ 、ｘ射线 光 电子 能谱 仪
（Ｐ ） ， Ｘ Ｓ 等 对这些基于样 品溅射 过程 的分 析技术来 说 ， 溅射
验证了激光实时测量样 品溅射过程 中出现 的光源位移现象 。