No.04「光で量る（３）」

X線で量ると！

前回、X線で量ることにより、元素の組成や分布を調べることができることを示しました。さらに、材料・プロセスの問題解決のためには、構成元素の化合物種を調べ（状態分析）、そのプロセスにおける化学反応を知ることも重要です。このようなX線で量る状態分析法に、X線光電子分光法（XPS）やX線回折法（XRD）などがあります。

試料極表面の化学状態を、X線で量る

XPSを用いると、試料の極表面数nm程度に存在する元素の化学結合状態を推定できます。すなわち、X線を照射することにより放出される光電子のエネルギーは、元素の化学結合状態を反映しているからです。
図1の例では、青で示したスペクトルに見られるピークは一つであり、酸化物によるものです。赤で示したスペクトルには、このピーク以外に金属Feに起因する小さなピークが見られます。実は、青で示したスペクトルは斜め方向（35°）から測定したもので、表面に近い情報を持っています。赤で示したスペクトルは垂直方向で測定し、内層の情報を持っています。
化学状態の情報と、深さの情報すなわち、平均自由行程（光電子がエネルギーを失わないで移動できる距離）とを組み合わせて考察すると、このステンレス鋼の表面酸化膜の厚さは3nm程度であるものと考えられます。

結晶構造を、X線で量る

X線を試料に照射すると、その原子配列すなわち結晶構造に特有な方向（回折角）のX線強度が強くなる回折現象が生じます。XRDでは、回折角に対してX線の強度を測定したX線回折図形と標準物質のパターンと照合することで、物質の化合物種を決定できます。図２に示した例では、M₂C, M₃CおよびM₂₃C₆の異なる３タイプの炭化物が、鋼中に析出していることがわかりました。