Рентгенофлуоресцентный анализ

В. Е. Филимонов
А. В. Мороз

РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ

АНАЛИЗ

Учебное пособие

Йошкар-Ола

ПГТУ
2023

УДК 53.087.22(075.8)
ББК  22.344я73

Ф 53

Рецензенты:

начальник технологического сектора НПК-20 АО «Марийский 
машиностроительный завод» Е. Ю. Гавриченко;

профессор кафедры «Проектирование и производство электронновычислительных средств» ФГБОУ ВО «ПГТУ», канд. техн. наук
Ю. В. Захаров

Печатается по решению

редакционно-издательского совета ПГТУ

Филимонов, В. Е.

Ф 53
Рентгенофлуоресцентный анализ: учебное пособие / В. Е. Фи
лимонов, А. В. Мороз. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2023. – 68 с.
ISBN 978-5-8158-2327-3

Изложены теоретические сведения, касающиеся основ теории рент
генофлуоресцентного анализа. Систематизирована информация о прикладном проведении исследований в области рентгенофлуоресцентного
анализа мишеней магнетронов, предназначенных для получения тонкопленочных покрытий. Отражены особенности работы рентгенофлуоресцентного спектрометра X-MET 5100. Даны рекомендации по практическому исследованию элементного состава мишеней магнетронов методом рентгенофлуоресцентного анализа.

Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 11.03.04 

«Электроника и наноэлектроника». Может быть также полезно студентам других направлений подготовки, связанных с использованием рентгенофлуоресцентной спектроскопии.

УДК 53.087.22(075.8)

ББК  22.344я73

ISBN 978-5-8158-2327-3
© Филимонов В. Е., Мороз А. В., 2023
© Поволжский государственный
технологический университет, 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.......................................................................................... 4
ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................. 6
Список сокращений..................................................................................... 8

ЧАСТЬ 1

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО

АНАЛИЗА

1.1. Характеристика рентгеновского излучения..................................... 10

1.2. Возникновение и взаимодействие рентгеновского излучения

с веществом..........................................................................................11

1.3. Источники рентгеновского излучения .............................................26

1.4. Рентгенофлуоресцентные спектрометры с волновой дисперсией..31

1.5. Рентгенофлуоресцентные спектрометры с энергетической

дисперсией............................................................................................36

1.6. Способы рентгенофлуоресцентного анализа....................................40

1.7. Практическое использование рентгенофлуоресцентной

спектроскопии......................................................................................41

ЧАСТЬ 2

ПРАКТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ВЕЩЕСТВА ПРИ ПОМОЩИ

РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА

(Лабораторная работа)

ЦЕЛЬ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ..........................................................44

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ......................................44

2.1. Основные модули и принцип работы

рентгенофлуоресцентного спектрометра X-MET 5100....................52

2.2. Порядок выполнения лабораторных исследований .........................58

2.3. Содержание и оформление отчета .....................................................61

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...........................................................................................63

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ....................................................................64

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .......................................................67

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие предназначено для подготовки

бакалавров, обучающихся по направлению 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника». Это издание может быть полезно и для 
студентов старших курсов, обучающихся по направлениям подготовки 11.03.03 – «Конструирование и технология электронных 
средств» и 22.03.01 – «Материаловедение и технологии материалов» очной и заочной форм обучения.

Важнейшей составляющей подготовки бакалавров по техни
ческим 
направлениям 
является 
практическая 
и 
научно
исследовательская работа. В настоящее время приоритетная задача подготовки студентов заключается в значительном повышении 
качества этой работы, в приобретении студентами практических 
навыков, повышающих их компетенции. Поскольку сегодня бакалавр технического направления подготовки – это специалист, 
не только владеющий современными технологиями, но и способный творчески применять их на практике, то актуальной задачей 
становится интегрирование этих технологий (и прежде всего 
микро- и нанотехнологий) в учебные курсы программы подготовки бакалавров. Данное издание продолжает серию учебных 
пособий по аналитическим методам исследований, изданных авторами ранее.

Настоящее учебное пособие охватывает вопросы рентгено
флуоресцентного анализа, представляющего важную часть технологических процессов микро- и наноэлектроники. Без качественного усвоения обучающимися предлагаемого материала невозможно дальнейшее продвижение в практическом освоении 
данных технологических процессов.

Отличительной особенностью настоящего учебного пособия 

является то, что в нем представлена подробная методика оформления содержания отчета по лабораторным исследованиям элементного состава мишеней магнетронов, применяемых в произ

водстве тонкопленочных изделий микро- и наноэлектроники. 
Это, с одной стороны, помогает полнее представить общую картину и конечный результат исследований, а с другой – экономит 
время на оформление отчета и позволяет практически изучать 
теоретический материал, даже если студент не успел по каким-то 
причинам выполнить необходимые исследования на очных лабораторных занятиях.

Материал данного учебного пособия структурирован на две 

части, последовательно освещающих теоретические аспекты и 
практические исследования по рентгенофлуоресцентному анализу мишеней магнетронов. Контрольные вопросы приведены в 
конце книги, что позволяет повторять изученный материал в целом, без дробления его на мелкие части. Это очень важно в подготовке студентов, так как создает возможность целостного восприятия изучаемого материала, помогает удерживать в памяти и 
оперировать большим объемом информации, проявлять компетенции по тематике учебного пособия.

Изучение литературы, приведенной в библиографическом 

списке, позволит студентам углубить и расширить свои знания в 
области рентгенофлуоресцентного спектроскопического анализа, 
применяемого в микро- и нанотехнологии.

Перед тем как приступить к практическому выполнению ла
бораторных исследований по рентгенофлуоресцентному анализу, 
следует обязательно изучить и соблюдать правила по технике 
безопасности при выполнении лабораторных работ, что позволит 
избежать несчастных случаев и сэкономит время.

Список сокращений

ВД – волновая дисперсия
ИК-датчик – инфрокрасный датчик
РИ – рентгеновское излучение
РФС – рентгенофлуоресцентная спектрометрия
ЭД – энергетическая дисперсия

ВВЕДЕНИЕ

Одним из наиболее эффективных методов анализа, позволяю
щих за минимальный период времени получить наиболее полную 
и достоверную информацию об элементном составе сложных образцов независимо от их агрегатного состояния и происхождения, 
является рентгенофлуоресцентная спектрометрия (РФС). Этот 
метод позволяет одновременно определять более 80 элементов от 
бора до урана и может быть использован для контроля содержания как элементов матрицы, так и микропримесей элементов в 
различных по составу материалах. 

Неоспоримым достоинством метода РФС, выгодно отличаю
щим его от большинства современных методов исследования, 
является возможность получения данных о составе сложного материала без его разрушения, с сохранением полного комплекса 
его физико-химических свойств, что особенно важно при работе с 
дорогостоящими и новыми экспериментальными образцами. 

Важным является возможность реализации в методе РФС без
эталонного анализа, что исключает необходимость использования стандартных образцов, приготовление которых зачастую 
представляет сложную проблему особенно для микрограммовых 
количеств веществ.

Конструктивные особенности современных рентгенофлуорес
центных спектрометров дают возможность проводить анализ не 
только в стационарных лабораторных условиях, но и непосредственно в технологическом процессе, что исключает многие проблемы, связанные с отбором, подготовкой и хранением проб анализируемых материалов. 

Сочетание всех указанных выше достоинств метода РФС де
лает его незаменимым для анализа материалов, используемых в 
электронике, веществ высокой степени чистоты, применяемых в 
оптике и оптоэлектронике, материалов для микро- и наноэлектроники и современных инновационных технологий.