Том 2 (1109662), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Некоторые из них, а именно, методы электронной и ионной спектроскопии (масс-спектрометрия вторичных ионов, фотоэлектронная иоже-электронная спектроскопия), позволяют одновременно отвечатьи на вопросы о химическом состоянии элементов...,>шероховатостиповерхности-^чужеродные атомына поверхностиР и с . 8.7. Особенности структуры поверхности твердых тел.Важными характеристиками распределительных методов анализа являются геометрическое разрешение и глубина отбора аналитической информации.Под геометрическим разрешением понимают отношение длины L, площади поверхности F или объема V образца к соответствующим размерам AL, AF, AV элементов образца, которые могутбыть раздельно проанализированы при помощи данного метода.Линейное (латеральное) разрешение:AL =Поверхностное разрешение:AF =ZZFAF'(8.1)(8.2)V(8.3)AVГлубина отбора аналитической информации является мерой разрешения по глубине и характеризует толщину слоя образца, формирующего аналитический сигнал.
Для выполнения анализа поверхности необходимы методы, характеризующиеся высоким разрешением по глубине (малой глубиной отбора аналитической информации).Рис. 8.8 иллюстрирует два метода анализа, различающиеся глубиОбъемное разрешение:Av =8.2. Анализматериаловной отбора информации. Метод, обладающий малой глубиной отбора Zi, позволяет различить два образца I и II, а методом с большейглубиной отбора z% это сделать невозможно.В табл.
8.3 приведены величины поверхностного разрешения,глубины отбора аналитическойинформации, а также пределы обнаружения для различных методов распределительного элементного анализа. Анализ поверхностиР и с . 8.8. Анализ образцов I и II дву в строгом смысле слова, т.е. немя методами с глубинами отбора ин скольких атомных монослоев, возф о р м а ц и и Zl И 22.можен лишь с помощью отдельных методов таких, как массспектрометрия вторичных ионов. Для этого метода величина объемного разрешения при объеме образца V — О,1 см 3 составляет порядка 1011 — Ю13.Т а б л и ц а 8.3.МетодХарактеристики методов распределительного элементногоанализа.ЛатеральноеГлубина отбора аналитиразрешение AL ческой информациимонослоевмкмПредел обнаружения, г10ь10КГ1аЛазерныймикроанализ104 — 10 ь1010" 1 2Электроннозондовыймикроанализ10"108110" 1 6Масс10ьспектрометриявторичныхионов10 s0,000510 - 1 7Оже10'электроннаяспектроскопия1080,00510"Масс10спектрометриятвердых тел10Высокое пространственное разрешение указанных методов основано на использовании локального пробоотбора при помощи лазеров, электронных и ионных микрозондов.
Применение ионного травления — послойного удаления материала анализируемого образца216Глава 8. Специальные вопросы аналитической химиипод действием потока высокоэнергетических частиц — позволяетполучать профили распределения элементов по глубине. Послойноетравление можно осуществить также химическим или электрохимическим путем.Методы распределительного анализа материаловЛазерный микроанализНам уже известно о применении лазеров в качестве источников света в спектроскопических методах анализа. Однако лазер может использоваться и для пробоотбора путем испарения микроскопических объемов пробы. Одновременно лазер может частично возбуждать атомы в образующемся атомном паре.
Лазерный микроанализатор включает в себя твердотельный лазер, микроскоп для наблюдения за поверхностью образца и направления лазерного луча внужную точку и спектрометр для анализа образующегося атомногопара (рис. 8.9).При облучении лазерным лучом поверхностинепрозрачного тела на нейлазеробразуется кратер диаметром 10-200 мкм и глубиной 10-100 мкм. Масса испарившегося вещества составляет 10~9 — 10~6 г.
<Применение точной фокусировки и наведения лазерного луча позволяетосуществитькачественный иколичественныйлокальный и распределик спектрометрутельный анализ припо*пробаверхностного слоя материала.Р и с . 8.9. Устройство лазерного микроаналиМетодами детектиро затора.вания могут служить атомно-абсорбционная спектроскопия, атомно-эмиссионная спектроскопия (в частности, с индуктивно связанной плазмой) или массспектрометрия. Лазерный луч может одновременно служить источником излучения для регистрации поглощения света свободными8.2.
Анализ материалов 217атомами (лазерная атомно-абсорбционная спектроскопия) или возбуждения их флуоресценции (лазерно-индуцированная атомная флуоресценция). Возможно и детектирование ионов при помощи массспектрометрии. Для увеличения степени ионизации атомов такжеможно использовать лазер или электрическое поле (лазерная спектроскопия с полевой ионизацией).Электронно-лучевой зондМетоды анализа твердых тел с использованием сфокусированныхпучков электронов называются электронно-зондовым микроанализом. При взаимодействии пучка электронов с анализируемым образцом возникает множество разнообразных явлений, схематически изображенных на рис.
8.10.пучок первичныхэлектроновQ4 ,.рассеяние электроноввторичные электронырассеяние рентгеновского излучения ^обратное рассеяние электроновэмиссия рентгеновского излучения •*-катодолюминесценцияпоглощение электронов *пропускание электроновР и с . 8.10. Взаимодействие пучка электронов с анализируемым твердымобразцом.Среди электронов, испускаемых с поверхности образца, примерно половину составляют первичные электроны, претерпевшие обратное рассеяние, а другую половину — вторичные электроны, испускаемые атомами образца.
Как те, так и другие можно использоватьв аналитической химии. В химическом анализе используют и рентгеновское излучение, испускаемое атомами образца. Механизм еговозникновения аналогичен описанному в разделе 3.2.3 применительно к рентгенофлуоресцентному анализу. Единственное отличие состоит в том, что в данном случае источником возбуждения атомовслужит не рентгеновское излучение, а поток высокоэнергетическихэлектронов.Фокусировку пучка первичных электронов осуществляют припомощи электромагнитного поля. Используя хорошо сфокусирован-218Глава 8. Специальные вопросы аналитической химииные пучки, можно проводить анализ отдельных участков поверхности площадью порядка 1 мкм 2 и тем самым осуществлять локальный анализ с высоким линейным, поверхностным, а в сочетании стехникой травления — и объемным разрешением.Ионный зондПодобно пучкам электронов можно использовать в химическом анализе и пучки ионов.
При взаимодействии ионного пучка с поверхностью анализируемого материала происходит распыление вещества.При этом образуются вторичные ионы, которые регистрируют припомощи масс-спектрометрии. Этот метод анализа называется массспектрометрией вторичных ионов (МСВИ).Генерирование первичных ионов осуществляют под действиемэлектрического разряда или термическим способом (ионы щелочных металлов, например, Cs + ). Ионы ускоряют в электрическом поле при помощи экстрагирующего электрода и фокусируют системой электромагнитных линз. При взаимодействии пучка ионов споверхностью образца происходит их рассеяние (так называемоеобратное резерфордовское рассеяние ионов) и частичное испарениеисследуемого материала с образованием нейтральных и ионизированных (в том числе многократно) атомов и атомных групп (кластеров).
Анализ полученной смеси вторичных ионов осуществляютмасс-спектрометрическим методом, обычно с применением двойнойфокусировки (рис. 3.113). На рис. 8.11 показан пример масс-спектравторичных ионов поверхности кремниевой подложки, покрытой слоем германия. В качестве первичных ионов использованы ионы O + .Основными одноатомными ионами в спектре являются Ge + , Si + , O +и H + . Ионы O + образуются главным образом в результате внедрения ионов O + в поверхностный слой образца, а ионы H + — из адсорбированной атмосферной влаги.
В спектре наблюдаются и многозарядные ионы такие, как Si 2+ или Si20 + , а также сложные кластерытипа GeSiO.Анализ методом МСВИ можно проводить в статическом и динамическом режимах.МСВИ в статическом режиме является практически неразрушающим методом анализа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
