Вторичная ионная эмиссия (ВИЭ) и вторичная ионная масс-спектрометрия (ВИМС)

Введение 3
1. Вторичная ионная эмиссия 5
1.1 Параметры распыления 6
2.1 Техническая реализация метода 8
2.1 Источники первичных ионов 8
2.1.1 Дуоплазматрон 8
2.1.2 Источник ионов цезия 9
2.2 Камера первичных ионов 10
2.3 Экстрагирование вторичных ионов 11
2.4 Транспортировка вторичных ионов 12
2.5 Энергоанализатор вторичных ионов 12
2.6 Масс-анализатор 13
3. Информация получаемая методом ВИМС 15
3.1 Качественный и количественный обзорный анализ 15
3.2 Анализ поверхности 15
3.3 Анализ по глубине 15
3.4 Картина распределения элементов по поверхности 16
3.5 Структурный анализ 17
4. Исследование магниевого сплава LATZ9531 времяпролетной вторичной ионной масс-спектрометрией 19
Заключение 21

Весь текст будет доступен после покупки

Получение информации о структуре и химическом составе твердого тела является одной из главных задач любого исследования, значительный скачок в этой сфере связан с разработкой и усовершенствованием метода вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС). Метод ВИМС анализирует только поверхность, поскольку основная информация о составе материала поступает из его приповерхностной области, чувствительность метода позволяет обнаружить самые незначительные примеси других элементов.
В методе ВИМС исследуемая поверхность бомбардируется пучком первичных ионов с энергиями в несколько кэВ. Из поверхности выбиваются атомы и молекулы, которые вылетают либо в виде нейтральных частиц, находящихся в возбужденном состоянии, либо в виде положительных или отрицательных ионов. Часть ионов попадает в масс-спектрометр, где они сепарируются, согласно их отношению массы к заряду. Вследствие того, что эффективность процессов распыления может быть весьма высокой, а масс-спектрометры могут быть сделаны очень чувствительными, метод ВИМС может обеспечить большую чувствительность к химическим элементам на поверхности, чем например Оже-спектроскопия. Однако он является разрушающим методом, так как прежде, чем мы зарегистрируем атомы, они должны быть выбиты из твердого тела. К недостаткам метода можно отнести и то, что его чувствительность меняется при переходе от элемента к элементу и от одной кристаллической матрицы к другой кристаллической матрице (для одного и того же элемента) на несколько порядков величины [1].
Первые эксперименты по ВИМС были проведены Арно [2] , Херцогом и Фибеком [3], описавшими ионные источники для масс-спектрометров, в которых использовалось ионное распыление. Однако интерес значительного числа исследователей к этой области обнаружился лишь почти десятью годами позже. Исследования ряда ученых показали растущий интерес к процессам эмиссии вторичных ионов. В середине 60-х гг. свой вклад в фонд знаний об основных закономерностях вторичной ионной эмиссии внесло большое число ученых. В это время основной упор делался на анализ свойств массивных образцов. В 1967 г. были сделаны попытки приложения ВИМС к анализу тонких пленок [4, 5] и появилось сообщение о количественном измерении распределения концентрации по глубине [4], т. е. регистрировалась не просто зависимость тока от длительности ионной бомбардировки, а зависимость концентрации (числа частиц в 1 см3 ) от глубины (?), также были определены коэффициенты диффузии. С тех пор интерес к ВИМС стал возрастать. В настоящее время более десятка фирм поставляют промышленные приборы ВИМС самого различного назначения.
Целью данной работы является качественный анализ метода ВИМС, обзор его достоинств и недостатков. Будут рассмотрены области применения метода ВИМС на конкретных примерах, дано описание непосредственно самой установки и принципа ее работы, также обзору подвергнется явление вторичной ионной эмиссии (ВИЭ), лежащей в основе метода ВИМС.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Вторичная ионная эмиссия

Физическое явление, связанное с эмиссией ионизированных частиц образца и называемое вторичной ионной эмиссией (ВИЭ), лежит в основе метода вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС).
Столкновение заряженной частицы (атома, молекулы или кластера) с твердым телом можно рассматривать в рамках классической нерелятивистской физики, так как скорости (энергии) частиц не столь велики, чтобы говорить об релятивистских эффектах.
При столкновении заряженной частицы с поверхностью твердого тела она проникает в него, постепенно передавая свою кинетическую энергию атомам мишени.
При столкновении первичной заряженной частицы с мишенью происходит передача энергии налетающей частицы атомам мишени, что приводит к выбиванию их из положений в кристаллической решетке образца. Те, в свою очередь, сталкиваются с соседними атомами мишени, передавая им часть полученной энергии и так же выбивая решёточные атомы из узлов решётки. В результате одна падающая заряженная частица образует каскад столкновений в мишени. Причём, большинство столкновений в каскаде вызваны соударениями атомов мишени друг с другом, а не соударениями первичной частицы с ними. (Рис. 1.)

Весь текст будет доступен после покупки

1. Праттон М. Введение в физику поверхности - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. - 256 стр.
2. Arnot F. L., Milligan.I. С., Proc. Roy. Soc., Ser. А, 156, 538 (1936).
3. Herzog R. F. К " Viehb?ck F. Р" Phys. Rev., 76, 855 (1949).
4. Werner Н. W. В кн.: Dev. Appl. Spectroscopy, vol. 7А, eds. Е. L. Grove, А. J. Perkins, Plenum, New York, 1969, р. 239.
5. Werner Н. W" de Grefte Н. А. М" Vakuum·Technik, 17, 37 (1967).
6. Benninghoven А., Loebach Е., Surf. Sci., 39, 397 (1973)
7. Fogel Уа. М., Iпtern. Journ. Mass Spectrom. Ion Phys., 9, 109 (1972)
8.Электронная и ионная спектроскопия твердых тел / Под ред. Л. Фирменса, Дж. Вэнника, В. Декейсера. Мир, М. (1981). 467 с
9. Werner Н. W. В кн.: Dev. Appl. Spectroscopy, vol. 7А, eds. Е. L. Grove,
А. J. Perkins, Plenum, New York, 1969, р. 239.

Весь текст будет доступен после покупки