中古 電子科学 昇温脱離分析装置(TDS) TDS1200

■ 昇温脱離分析装置（TDS）の原理と仕組み

昇温脱離分析装置（TDS：Thermal Desorption Spectroscopy）は、超高真空環境下で試料を一定の速度で加熱し、試料から放出される気体（脱離ガス）を質量分析計で検出・分析する装置です。

具体的な分析の流れとして、まず試料を極めて高い真空度（超高真空状態）に保たれた測定室内に設置します。背景に存在する残留ガスを極限まで排出することで、大気成分などのノイズを排除し、試料由来の微量な脱離ガスのみを正確に捉える環境を整えます。

続いて、加熱炉や赤外線ゴールドイメージ炉などを用いて、試料を室温から目的の温度まで一定の昇温レートで加熱します。温度の上昇に伴い、試料の表面に物理的・化学的に吸着していた気体分子や、材料内部に固溶・捕獲されていたガス成分が外へ脱離します。

脱離したガスは、直接接続された四重極質量分析計へ導入され、質量電荷比ごとにその強度がリアルタイムで計測されます。得られたデータは横軸に温度、縦軸にガス検出強度をとった「TDSスペクトル」として描画されます。脱離ピークが現れる温度からガスの結合状態や存在形態を、ピーク面積からガスの放出量を算出することができます。

■ 昇温脱離分析装置の主な特徴

TDSの最大の特徴は、超高真空を利用した圧倒的な高感度分析機能にあります。ppmレベルはもちろん、ppbレベルのきわめて微量な放出ガスであっても分離・検出が可能です。他の熱分析装置と比較しても、超高真空下で直接質量分析を行うため、微量ガスの検出限界において顕著な優位性を持っています。

また、単に発生ガスの成分や量を特定するだけでなく、ガスの「脱離温度」から材料内部における結合エネルギーや存在状態を解析できる点も大きな強みです。低温で脱離するガスは表面吸着などの弱い結合、高温で脱離するガスは結晶欠陥へのトラップや化学結合などの強い結合であることが判別できます。

さらに、非破壊に近い緩やかな加熱プロセスにより、材料の相変容に伴うガス放出の動的な追従が可能です。薄膜、バルク、粉末、線材など、多様な形状の固形試料に対応できる柔軟性も備えています。

■ 昇温脱離分析装置の主な用途

TDSは、微量ガスの評価が製品品質や性能を左右する最先端の産業分野で幅広く活用されています。

半導体・電子材料分野では、シリコンウェハ、絶縁膜、有機材料、金属配線膜などから発生するアウトガスの評価に不可欠です。製造プロセスの真空度低下を防ぐだけでなく、膜質の評価や欠陥密度の測定、プロセス中の熱履歴による影響解析に用いられます。

金属・鉄鋼分野では、鋼材の壊滅的な破損を引き起こす「水素脆化」の原因となる侵入水素の評価に活用されます。鋼中の可動水素と非可動水素を区別して定量できるため、高強度鋼や自動車用軽量化部材の開発において重要な役割を果たしています。

機能性材料・エネルギー分野では、リチウムイオン二次電池材料の熱分解挙動や発生ガスの分析、ディスプレイ用有機材料の耐熱性評価、水素貯蔵材料の水素放出・吸蔵特性の解析などに幅広く導入されています。