GB/T 32996-2025 表面化学分析 辉光放电发射光谱法分析金属氧化物膜

ICS7104040

CCSG.04.

中华人民共和国国家标准

GB/T32996—2025/ISO/TS251382025

:

代替GB/T32996—2016

表面化学分析辉光放电发射光谱法

分析金属氧化物膜

Surfacechemicalanalysis—Analysisofmetaloxidefilmsbyglowdischarge

opticalemissionspectrometry

ISO/TS251382025IDT

(:,)

2025-06-30发布2026-01-01实施

国家市场监督管理总局发布

国家标准化管理委员会

GB/T32996—2025/ISO/TS251382025

:

目次

前言

…………………………Ⅲ

范围

1………………………1

规范性引用文件

2…………………………1

术语和定义

3………………1

原理

4………………………1

仪器

5………………………1

调节辉光放电谱仪系统设置

6……………3

取样

7………………………9

建立工作曲线

8……………9

测试样品的分析

9…………………………14

分析结果的表示

10………………………15

精密度

11…………………16

试验报告

12………………16

附录资料性工作曲线常数的计算和深度剖析的定量评价

A()………17

附录资料性测定元素的建议谱线

B()…………………24

附录资料性氧化物密度和相关量ρ的示例

C()0……………………26

附录资料性金属氧化物膜实验室间试验报告

D()……………………27

参考文献

……………………32

Ⅰ

GB/T32996—2025/ISO/TS251382025

:

前言

本文件按照标准化工作导则第部分标准化文件的结构和起草规则的规定

GB/T1.1—2020《1:》

起草

。

本文件代替表面化学分析辉光放电发射光谱法分析金属氧化物膜与

GB/T32996—2016《》,

相比除结构调整和编辑性改动外主要技术变化如下

GB/T32996—2016,,:

增加了范围中氧化物的金属元素见第章

———Zr(1);

增加了术语和定义见第章

———(3);

更改了概述对仪器描述作了修改包括带有和类型固态阵列检测器

———5.1.1,,CCDCID、COMS

的光谱仪见年版的

(5.1.1,20164.1.1);

增加了在商品化仪器中常见的阳极尺寸见

———2.5mm();

更改了概述介绍了射频源最常见的工作模式以及射频源与直流源的不同之处强调了测

———6.1,,

试样品和其他样品形成良好真空密封的重要性见年版的

(6.1,20165.1);

更改了光学系统检查以包括配有阵列型检测器的仪器见年版的

———,(6.1、,20165.1、);

更改设置检测器高压为设置检测器灵敏度参数并更改了这些设置以适应阵列型检测器

———“”“”,

的说明见年版的

(6.1、、6.2.2、6.3.2、6.3.3、6.3.4,20165.1、、5.2.2、5.3.1、5.3.2、

5.3.3);

增加了恒定电压和气体压力方式通过恒定电压和气体压力方式来设置直流源放电参

———6.2.3,

数见

(6.2.3);

更改了优化弧坑形状说明从强制性要求改为可选性见

———,(、6.2.2、6.2.3、6.3.2、6.3.3、

年版的

6.3.4,2016、5.2.2、5.3.1、5.3.2、5.3.3);

增加了控制灯的清洁度和启动性能介绍了用来验证灯的启动性能是否满足用于分析

———6.4.4,

超薄薄膜的程序见

(6.4.4);

更改了概述将建立各元素工作曲线样品个数最低要求从个更改为个见

———8.2.1,53(8.2.1,

年版的

20167.2.1);

更改了工作曲线样品和确认样品溅射率的测定绝对溅射率的计算要按照轮廓仪制造商

———8.4,

提供的方法计算每个弧坑的溅射体积如有可能对非平底弧坑进行补偿见年版的

,,(8.4,2016

7.4)。

本文件等同采用表面化学分析辉光放电发射光谱法分析金属氧化物膜

ISO/TS25138:2025《》,

文件类型由的技术规范调整为我国的国家标准

ISO。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别专利的责任

。。

本文件由全国表面化学分析标准化技术委员会提出并归口

(SAC/TC608)。

本文件起草单位上海市计量测试技术研究院上海科技大学中国科学院化学研究所

:、、。

本文件主要起草人陈永康徐建赵志娟张云艳张笑旻郝萍王帅周莹刘芬吴立敏

:、、、、、、、、、。

本文件及其所代替文件的历次版本发布情况为

:

年首次发布为

———2016GB/T32996—2016;

本次为第一次修订

———。

Ⅲ

GB/T32996—2025/ISO/TS251382025

:

表面化学分析辉光放电发射光谱法

分析金属氧化物膜

1范围

本文件描述了利用辉光放电发射光谱测定金属氧化物膜厚度单位面积质量和金属氧化物膜化学

、

组成的方法

。

本方法适用于测定金属上厚度为的氧化物膜氧化物的金属元素包括铁铬

5nm~10000nm,、、

镍铜钛硅钼锌镁锰锆和铝中的一种或多种其他可测元素还包括氧碳氮氢磷和硫

、、、、、、、、。、、、、。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款其中注日期的引用文

。,

件仅该日期对应的版本适用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于

,;,()

本文件

。

钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法

ISO14284(Steelandiron—Samplingand

rearationofsamlesforthedeterminationofchemicalcomosition)

pp注p钢和铁化学成分测定用试样的取样和制p样方法

:GB/T20066—2006(ISO14284:1996,IDT)

表面化学分析辉光放电发射光谱方法通则

ISO14707[Surfacechemicalanalysis—Glowdis-

chareoticalemissionsectrometr(GD-OES)—Introductiontouse]

g注pp表面化学分y析辉光放电发射光谱方法通则

:GB/T19502—2023(ISO14707:2021,IDT)

3术语和定义

本文件没有需要界定的术语和定义

。

4原理

辉光放电发射光谱法的分析包括如下过程

:

准备待测样品一般为适合仪器或分析要求的平板或圆盘形状宽度大于的圆形或矩形

a),(5mm

样品通常为

,20mm~100mm);

在直流或射频辉光放电源装置中使金属氧化物表面产生阴极溅射

b),;

在辉光放电装置中分析物原子在等离子体中被激发

c),;

被测物原子特征谱线发射强度随时间变化的光谱测量定性深度剖析

d)();

通过工作曲线将深度剖析中强度随时间的变化转化为质量分数随溅射深度的变化定量化

e),()。

测量已知化学成分和溅射率的样品来建立系统工作曲线

。

5仪器

51辉光放电发射光谱仪

.

511概述

..

所需仪器按照所述应包括型[4]或类似的辉光放电源直流或射频和一个多道

ISO14707,Grimm()

1

GB/T32996—2025/ISO/TS251382025

:

式发射光谱仪能提供分析元素的适宜谱线通常与顺序式光谱仪单色仪结合使用可为深度分析增

,。(),

加一个额外的光谱通道还可以采用阵列型检测器如电荷耦合器件互补金属氧化物半导体器

。,(CCD)、

件或电荷注入器件进行同步检测以覆盖分析谱线的宽光谱范围

(CMOS)(CID),。

辉光放电源的中空阳极内径尺寸应在范围内薄样品建议使用冷却装置如带循环

2mm~8mm。,

冷却液的金属块但是在本文件的操作中并不要求必须配备

,。

由于测定原理是基于金属氧化物表面的连续溅射进行因此光谱仪应配备一套数字读出系统记录

,

时间分辨下的发射强度的测量记录发射强度与时间的关系推荐的系统每个光谱通道至少具有每秒

()。

采集次测量的数据采集速度能力但就大多数的应用而言每个光谱通道具有次以上的数

100。,50/s

据采集能力也是可以接受的

。

注一些商业化仪器配有脉冲模式辉光放电源这对分析热敏感样品时有助于降低溅射率

:,,。

512谱线的选择

..

对每个待测元素都有多个谱线可使用谱线选择应考虑以下几个因素所用光谱仪的谱线范围

,。:、

待测元素的质量分数范围谱线的灵敏度和样品中其他存在元素所导致的任何谱线干扰在本文件分

、。

析应用中当样品中所关注的元素为主量元素时应关注某些高灵敏谱线所谓共振线自吸收效应的发

,,()

生自吸收会导致工作曲线高浓度端的非线性化因此应避免使用严重自吸收的谱线来进行主量元素

。,

的测量参见附录中表推荐的一些合适的谱线除表中所列只要符合特性也可使用其他合适

。BB.1。,,

的谱线

。

513辉光放电源类型的选择

..

5131阳极尺寸

...

商品化的辉光放电光谱仪多数可以选配不同的阳极内径以和尺寸最为常见

,2mm、4mm8mm。

部分老型号的仪器只配有一个通常为的阳极目前现代化仪器最常配置尺寸的阳极

8mm。,4mm。

分析时更大的阳极内径需要更大的样品和更高的功率样品因此会被加热到更高温度此外更大的

,,。,

阳极提供了更大的等离子体体积发射出更强的光导致更低的检出限即更高的分析灵敏度另外

,,()。,

较大尺寸的阳极有助于掩盖表面金属氧化物的不均匀性的影响有利与否取决于应用场景在大多数

,。

应用中的阳极是一个很好的折中选择然而在表面分析应用中也经常遇到诸如因导热性很差

,4mm。,

的表面层和或非常薄的样品导致过热的问题此时或的阳极则是更好的选择即使会

/,2mm2.5mm,

因此牺牲一些分析灵敏度

。

5132电源类型

...

辉光放电源可以配置直流源或射频源最重要的区别在于射频源可以溅射导体和非导体样品只

。,,

有射频源是能应用于诸如高分子涂料和绝缘氧化膜的源另外直流源在技术上能够更简单地测量和

。,

控制光源的电源参数电压电流和功率一些商品化的辉光放电源系统能够提供可切换的直流源和

(、)。

射频源同样也存在单射频源的辉光放电源系统

;,。

5133工作模式

...

依照电学参数电压电流和功率和气体压力控制模式直流源和射频源都有几种不同的工作模

(、),

式原因如下

,:

历史原因旧型号的仪器提供简单但实用的电源随着技术的进步更新的型号配置了更加

———“”(,,

精确和易用的源控制模式

);

不同的仪器厂商选择不同的源控制模式

———;

2

GB/T32996—2025/ISO/TS251382025

:

与一些应用相关某种特定的工作模式是优选方案

———,。

基于几种不同的工作模式本文件给出了优化源参数的操作说明这样做最重要的原因是使其足

,。,

够全面能够涵盖不同类型的仪器在多数应用中这些工作模式在分析能力上差异不大但就操作的

,。,;

实用性和易用性而言存在差异例如当选定某一分析方法时配置主动气体压力控制的系统能自动调

。,,

节到相同的电源参数如果没有这一技术通常就需要某些手动调整气体压力来达到所期望的电源参

。,

数设置或者借助于经验公式校正等离子体阻抗的变化[5]这种校正方法已在商品化的辉光放电系统

。,

软件中实现

。

注发射产额的概念构建了本文件中所论述的校准和定量化的基础[6]、[7]发射产额会随电流电压的变化而发生

:。、

变化在较低程度上也随气体压力变化[5]、[8]、[9]因为不同材料的电学特性不同个参数不可能在测量所有样

,。,3

品时都保持不变在某些类型仪器中分析时电源参数等离子体阻抗借助于可调节气体压力的自动化系统

。,,()

来保持恒定

。

6调节辉光放电谱仪系统设置

61概述

.

按照仪器说明书或实验室文件规定的步骤进行仪器使用前的准备

,。

射频源与直流源的不同之处在于对于一些仪器型号只能测量施加的正向射频功率而不能测

,,(),

量辉光放电等离子体中产生的实际功率施加射频功率通常在的范围内连接器电缆

。10W~100W,、

等射频功率损耗在不同的仪器型号和射频功率与样品的接触点之间差异很大典型的功率损耗在施加

。

功率的的范围内此外由于射频系统的技术限制测量等离子体中额外的电气参数电压

10%~50%。,,

和电流的可能性或多或少受到限制且现有的多种仪器型号只能测量施加的射频功率

,。

关于测量气体压力的可能性直流和射频模式之间没有区别然而在型源中存

,(DC)(RF)。Grimm

在较大的压力差异得到的压力读数取决于压力计的位置一些仪器型号在等离子体内配有一个压力

,。

计来测量实际压力而另一些仪器型号则在靠近泵源一侧的低压区域配有压力计因此对某些仪器

,“”。,

来说压力读数只能用于调整特定仪器的源参数而不能作为等离子体实际工作压力的测量值

,,。

对于测试样品校准样品和验证样品在分析之前确保它们在辉光放电源中没有真空泄漏是非常重

、,

要的应特别注意样品与辉光放电源之间的密封

,。

对于配置在固定光谱通道上的光电倍增管检测器的光学系统最重要的准备工作是按照仪器商提

,

供的操作说明检查谱仪入射狭缝是否正确调节确保检测到的发射强度在谱线的峰值处以获得最佳的

,,

信背比更多详细信息可参见对于配有检测器的光学系统相应的控制是按照仪器

。ISO14707。CCD,

制造商提供的操作说明检查波长校准是否正确

。

为满足特定应用建立测试方法最重要的步骤是优化辉光放电源参数源参数的选择要达成以下

,。