Национальный стандарт РФ ГОСТ Р ИСО 16243-2016 "Государственная система обеспечения единства измерений. Химический анализ поверхности. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. Регистрация и представление данных" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 1 сентября 2016 г. N 1017-ст)

State system for insuring the uniformity of measurements. Surface chemical analysis. Recording and reporting data in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)

ОКС 71.040.40

Дата введения - 1 ноября 2016 г.
Введен впервые

Предисловие

1 Подготовлен Акционерным обществом "Научно-исследовательский центр по изучению свойств поверхности и вакуума" на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 107 "Зондовая и пучковая диагностика" Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 1 сентября 2016 г. N 1017-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 16243:2011 "Химический анализ поверхности. Запись и представление данных в рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (ISO 16243:2011 "Surface chemical analysis - Recording and reporting data in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)", IDT).

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 Введен впервые

Введение

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФСЭ) широко используется для анализа поверхности материалов. Элементы, содержащиеся в образце (за исключением водорода и гелия), идентифицируются путем измерений энергий связи электронов внутренних оболочек, с использованием фотоэлектронных спектров, и далее - путем сравнения полученных результатов с табличными значениями указанных энергий для различных элементов. Информация о химическом состоянии таких элементов может быть получена на основе сравнения химических сдвигов и/или формы пика в измеренном энергетическом спектре фотоэлектронов с данными для референтных состояний.

Настоящий стандарт устанавливает минимальный объем информации по образцу и условиям эксперимента, которые должны быть включены в протокол. Результаты анализа должны быть записаны в общепринятом формате, который должен включать в себя достаточно подробную информацию, которая позволит повторить эксперимент. Данный материал должен быть доступен, если это требуется.

Экспериментальные условия и параметры сбора данных должны быть включены таким образом, чтобы можно было оценить качество данных.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает минимальный объем информации, которую необходимо включать в протокол при проведении химического анализа поверхности и приповерхностных слоев исследуемого образца с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.

Настоящий стандарт применяют при проведении количественного и качественного анализа элементного состава исследуемых образцов.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий международный стандарт (для недатированной ссылки следует применять последнее издание приведенного стандарта):

ИСО 18115-1 Химический анализ поверхности. Словарь. Часть 1. Общие термины и термины, используемые в спектроскопии (ISO 18115-1, Surface chemical analysis - Vocabulary - Part 1: General terms and terms used in spectroscopy)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 18115-1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 ex situ (ex situ): Вне аналитической системы.

3.2 in situ (in situ): Внутри аналитической системы.

3.3 аналитик (analyst): Специалист непосредственно проводящий анализ.

4 Уровни записи и представления данных

4.1 Общая информация

Настоящий стандарт устанавливает минимальный объем информации, которая должна быть записана и сформирована в виде протокола аналитиком, проводящим анализ тестового образца с помощью РФЭС. Уровни записей подразделяют на шесть основных областей:

а) лабораторный журнал аналитика или электронный журнал (например, компьютерная система хранения данных);

b) спектры;

c) количественный анализ образца;

d) профили распределения элементов по глубине;

e) карты;

f) данные о химическом сдвиге.

4.2 Запись аналитика

4.2.1 Идентификация и подготовка образца

Лабораторный или электронный журнал должен содержать для каждого образца следующую информацию (должна быть записана достаточная информация, позволяющая повторить измерения позднее):

a) наименование и контактный адрес лаборатории или заказчика, предоставляющего образец, электронный адрес и номер телефона, если таковые имеются;

b) уникальный номер образца.

Примечание - Уникальный номер - это номер исследуемого образца, присваиваемый в аналитической лаборатории и не используемый для каких-либо других образцов;

c) описание образца до и после проведения анализа (в том числе сведения о его внешнем виде, шероховатости, цвете и других отличительных чертах);

d) дата проведения измерений;

e) данные аналитика, название и организации, и подразделения в организации, где работает аналитик;

f) все детали относительно ex situ подготовки образца до анализа (включая детали о методе крепления, ориентацию на держателе образца относительно каких-либо конкретных особенностей поверхности, был ли образец разрезан, и если так, то каким образом, подробную информацию о любых очистках растворителем и т.д.) (см. примечание 1);

g) все детали относительно in situ подготовки образца до анализа (включая очистку ионами аргона, нагрев образца, раскол образца и т.д.) (см. примечание 2).

Примечание 1 - Руководство по подготовке и креплению образцов приведено в ИСО 18116.

Примечание 2 - Обращение с образцами, предшествующее анализу, описано в ИСО 18117.

4.2.2 Условия анализа

Подробный перечень условий анализа должен быть записан в лабораторном и/или электронном журнале (должна быть записана вся информация, позволяющая повторить измерения позднее). Информация должна включать:

a) наименование или идентификацию используемого оборудования;

b) используемый рентгеновский источник и поляризацию рентгеновского пучка, если это имеет значение (спектральная линия Al , спектральная линия Mg , монохроматическая (с узким спектром) спектральная линия Al , синхротрон и т.д.);

c) мощность рентгеновского излучения (следует записать как минимум два из трех следующих параметров: мощность, анодное напряжение, эмиссионный ток);

d) входную и выходную ширину щели анализатора, если она регулируется, и информацию о любых других настройках разрешения;

е) энергию пропускания анализатора (в эВ) или коэффициент замедления;

f) геометрию облучения, являющуюся важной для количественного анализа (направление рентгеновского пучка по отношению к направлению детектируемого фотоэлектрона); расстояние между образцом и анодом в случае возбуждения немонохроматическим рентгеновским излучением, если это расстояние известно;

g) угол, задающий направление регистрации информативного сигнала, использованный для измерения;

h) давление в аналитической камере до и в течение анализа;

i) площадь, на которой выполняется анализ (определяется настройкой диафрагмы и увеличением объектива, или с использованием диаметра пучка для системы, в которой площадь анализа определяется диаметром рентгеновского пятна);

j) начальную энергию (предпочтительно как энергию связи или кинетическую энергию);

k) конечную энергию или диапазон сканирования;

l) число точек данных, выраженное как целое число или как число, вольт/шаг, и ширину энергетического канала;

m) время сбора данных, выраженное либо как время/шаг, либо как полное время с указанием времени измерения и длительности рентгеновского облучения;

n) условия компенсации заряда, если использовалась компенсация заряда;

о) значение угла регистрации для фотоэлектронов, если этот угол может быть изменен инструментальным образом;

р) если средство измерений может работать с различными режимами для линз, используемый режим.

Вся вышеуказанная информация впоследствии должна быть передана аналитиком, проводящим анализ, заказчику по его запросу вместе с анализом РФЭС данных. Заказчик и аналитик определяют формат, используемый для передачи этой информации. Например, экспериментальная информация может содержаться в приложении или в экспериментальной части протокола.

Рентгеновский фотоэлектронный спектрометр должен быть откалиброван в соответствии с ИСО 15472 или с помощью метода калибровки, указанного в документах изготовителя.

4.3 Спектры

Все РФЭС спектры, поставляемые заказчику, должны содержать следующую минимальную информацию:

a) пик или обозначение области (например, С 1s, Cu 2р3/2).

Примечание - 1s - обозначение первой электронной оболочки атома кислорода, s - соответствует s-электрону;

b) обозначение оси абсцисс, например, энергия связи Е _В или кинетическая энергия E;

c) метки на оси абсцисс, показывающие диапазон сканирования по энергии, например точки от 0 эВ до 1200 эВ, или как энергию, соответствующую цене деления шкалы;

d) обозначение оси ординат, показывающее либо число отсчетов, либо число отсчетов в секунду, либо просто шкалу в условных единицах;

e) метки на оси ординат, показывающие интенсивность как число отсчетов в секунду на деление шкалы либо число отсчетов на деление шкалы (число отсчетов на канал или число отсчетов в секунду на канал);

f) полное время сбора данных в отображаемой области;

g) любую используемую ссылку, касающуюся энергий, такую как, например, С 1s (С-Н) (= 285 эВ), и была ли шкала энергий откорректирована в соответствии с этой ссылкой;

h) информацию обо всех функциях по обработке данных, примененных к необработанным спектрам, например, сглаживание, коррекция функции передачи, удаление резких выбросов.

Дальнейшая информация может быть включена по желанию аналитика или по просьбе заказчика. Примеры РФЭС спектров приведены в приложении А (см. рисунки А.1 и А.2).

4.4 Количественная информация

При обработке РФЭС данных и передаче их заказчику в виде количественных данных следующая информация о способе получения количественных данных также должна быть доступна заказчику, если требуется:

a) количественная модель, например, однородное твердое тело; однородное твердое тело, покрытое слоем загрязнения; твердое тело, содержащее слои;

b) наименование и версия используемого программного обеспечения по обработке информации;

c) тип фонового сигнала, используемого для обработки данных, включая начальную и конечную точки, если это применимо;

d) используемые коэффициенты чувствительности (как по высоте, так и по площади) и их источники, например: от производителя, внутренние стандарты, теория;

е) любые другие использованные поправочные факторы и их обоснование, например, шероховатость образца, обратное рассеяние, матричные эффекты;

f) оцениваемая погрешность, описанная, например, в ИСО 20903;

g) метод, используемый для выделения высоты пика или площади пика из примыкающих пиков в случае, когда предоставляется информация об атомной доле компонентов, имеющих определенное химическое состояние;

h) если была использована аппроксимация с помощью кривой (формирование результирующего пика), используемая(ые) аппроксимирующая(ие) функция(ии) (например, гауссова функция), любые ограничения аппроксимации и мера того, насколько адекватна была аппроксимация;

i) информация о любых коррекциях, проведенных для мертвого времени, окна спектрометра и т.д.;

j) информация о любых элементах, намеренно исключенных из количественного анализа (таких как углеродное загрязнение поверхности).

4.5 Профили распределения элементов по глубине

Профили распределения элементов по глубине могут быть представлены в виде набора спектров или в виде профилей распределения по глубине, полученных либо при анализе площади пиков, либо при измерении высоты пиков на спектрах. Если данные получены количественно, нужно принять в расчет факторы, перечисленные в 4.4, и отметить их там, где это применимо. Кроме того, количественное значение глубины для выполнения профилирования по глубине с помощью РФЭС и послойного ионного распыления можно оценить, используя скорость ионного распыления стандартного образца при таких же условиях эксперимента (см. рисунок А.3 приложения А).

Примечание - Измерение глубины распыления при профилировании по глубине описано в ИСО/ТО 15969.

При получении профилей распределения элементов по глубине из клиновидных сечений или кратеров, имеющих вид мелких углублений, глубину можно оценить путем геометрического расчета.

Следующая информация должна быть доступна и, если необходимо, предоставлена вместе с профилями распределения элементов по глубине:

a) обозначение оси ординат, например атомная доля (вместе с информацией о количественном анализе, как указано в 4.4) или номинальное число отсчетов;

b) метки на оси ординат, показывающие атомную долю, число отсчетов, число отсчетов в секунду или просто шкалу в условных единицах;

c) обозначение оси абсцисс, т.е. время распыления или расчетная глубина;

d) метки на оси абсцисс, показывающие время или глубину;

e) для профилей, полученных при ионном распылении - скорость распыления и материал, используемый для калибровки скорости распыления;

f) информацию об энергии и диаметре ионного пучка, о токе ионного пучка и о площади, подвергшейся ионному распылению или растровому сканированию.

4.6 Карты и линейные сканы

При предоставлении РФЭС-карт или линейных сканов (см. рисунок А.4 приложения А), следующая информация в случае необходимости также должна быть предоставлена заказчику (в случае, если информация предоставляется как часть профиля распределения элементов по глубине, также следует включить информацию, перечисленную в 4.5):

a) идентификационные данные о РФЭС пике и/или картированной площади вместе с информацией о методе удаления фона;

b) информация о поле обзора карты (по осям X и Y);

c) информация о калибровке поля обзора карты по осям X и Y;

d) информация о картированном свойстве, например атомной доле, вместе с цветовой шкалой, если это применимо;

e) метод, используемый для картирования, например, параллельный сбор данных, сканирование с помощью предметного столика, сканирование рентгеновским пучком, сканирование с помощью входной линзы.

4.7 Информация о химическом состоянии

Если РФЭС спектры анализируются для получения сведений о химическом состоянии, следующая экспериментальная информация должна сопровождать набор спектров:

a) элемент и химическая формула, отвечающая каждому химическому состоянию (если предоставляются спектры, четко обозначить энергию связи для каждого компонента);

b) ссылка на базу данных, содержащую информацию, указанную в перечислении а);

c) полуширина пиков (полная ширина пиков на уровне половинной интенсивности), если она была измерена;

d) если была использована аппроксимация с помощью кривой (формирование результирующего пика), название и версия программного обеспечения, использованная(ые) аппроксимирующая(ие) функция(ии) (например, гауссова функция), любые ограничения аппроксимации и мера того, насколько адекватна была аппроксимация;

е) кинетическая энергия любых выявленных Оже-пиков и значение любых рассчитанных Оже-параметров.

5 Передача данных заказчику

Протокол должен отвечать соответствующему нормативному документу (если таковой имеется) по отчетным результатам или соответствующим внутренним процедурам, но в любом случае должен включать в себя как минимум данные и подпись (или другой идентификационный знак или печать) аналитика и дату проведения измерений.

Библиография

[1]	ISO 15472	Surface chemical analysis - X-ray photoelectron spectrometers - Calibration of energy scales
[2]	ISO/TR 15969	Surface chemical analysis - Depth profiling - Measurement of sputtered depth
[3]	ISO 18116	Surface chemical analysis - Guidelines for preparation and mounting of specimens for analysis
[4]	ISO 18117	Surface chemical analysis - Handling of specimens prior to analysis
[5]	ISO 20903	Surface chemical analysis - Auger electron spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy - Methods used to determine peak intensities and information required when reporting results