Auger Microprobe
Auger Microprobe
Pencari struktur nano dan filem nipis
Mikroprob Auger ialah instrumen yang sangat berguna untuk menjelaskan pelbagai fenomena yang berkaitan dengan permukaan bahan. Terdapat banyak kawasan yang tidak diketahui dalam bidang ini, dan maklumat yang diperolehi sangat menarik dengan sendirinya. Pada masa yang sama, ia amat diperlukan untuk pembangunan material. Aplikasi selanjutnya dalam pelbagai bidang yang lebih luas dijangka pada masa hadapan.
Apabila pancaran elektron berfokus sempit disinari ke permukaan bahan, elektron akan dikeluarkan dari permukaan paling atas spesimen; elektron yang dikeluarkan dipanggil elektron Auger. Ini adalah elektron yang mempunyai tenaga unik untuk unsur sumber, dan dengan mengukur tenaga elektron Auger, adalah mungkin untuk menentukan unsur mana yang wujud, dalam jenis keadaan kimia, dalam kawasan yang sangat kecil pada permukaan atas sesuatu padu. Dengan meneliti keamatan pelepasan, adalah mungkin untuk menentukan, berapa banyak setiap elemen hadir. Mikro bermaksud "sangat kecil", dan maksud probe ialah "alat langsing untuk pemeriksaan atau penerokaan".
Pelepasan Elektron Auger daripada Atom
Mari kita terangkan apa itu elektron Auger, yang memegang kunci untuk analisis struktur permukaan bahan.
Rajah 1 Rajah prinsip penjanaan elektron Auger
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1, atom mempunyai elektron di sekeliling nukleus. Sebilangan elektron tetap mengisi tempat di setiap peringkat, yang dinamakan tahap K, tahap L dan seterusnya. Di samping itu, tenaga elektron adalah lebih tinggi dalam tahap yang lebih jauh dari nukleus, meningkat mengikut susunan tahap K, L, dan M.
Juga, tenaga elektron dalam setiap peringkat, K, L, M, dan seterusnya, adalah nilai khusus untuk setiap unsur.
Sekarang, apabila elektron berkelajuan tinggi terbang dari luar ke dalam atom, ia mungkin berlanggar dengan elektron dalam aras K dan mengetuknya di luar atom (rajah 1(a)). Ini bermakna tahap K kini kehilangan satu elektron, jadi salah satu elektron dari tahap L akan bergerak untuk mengisi jurang. Ini kerana atom sentiasa bertindak untuk mencapai keadaan stabil yang mempunyai tenaga paling rendah. Jika elektron dalam tahap L, yang mempunyai tenaga tinggi, jatuh ke tahap K, yang mempunyai tenaga yang lebih rendah, maka terdapat tenaga tambahan yang tersisa. Tenaga tambahan ini boleh dipancarkan daripada atom dalam dua cara, seperti berikut.
(1) Membentuk sinar-X dan memancarkan tenaga (Rajah 1(b)).
(2) Elektron dalam aras L memperoleh tenaga dan dikeluarkan (Rajah 1(c)).
Kes (2) dipanggil peralihan KLL Auger, dan elektron yang dikeluarkan dipanggil elektron Auger. Ini dinamakan sempena P. Auger, yang pertama kali menemui fenomena ini.
Tenaga elektron Auger ini akan menjadi perbezaan antara tenaga elektron dalam tahap L dan tenaga elektron dalam tahap K tolak tenaga yang diperlukan untuk membuat lompatan di luar atom. Nilai ini adalah unik untuk setiap jenis atom, dan adalah kira-kira beberapa 10eV hingga 3000eV. Jarak elektron dengan tahap tenaga ini boleh bergerak dalam pepejal tanpa kehilangan tenaga adalah tidak lebih daripada beberapa nm (nanometer: satu juta mm). Jika elektron Auger dipancarkan dari lokasi di bawah permukaan pepejal, ia akan kehilangan tenaga apabila ia bergerak melalui pepejal, dan tidak boleh dikeluarkan dari permukaan. Oleh itu, elektron Auger hanya dipancarkan dari permukaan paling atas. Inilah sebabnya mikroprob Auger adalah instrumen untuk analisis permukaan.
Apakah jenis data yang diperolehi oleh jenis instrumen?
Sekarang, kami akan menerangkan mekanisme instrumen.
Rasuk elektron yang dipancarkan oleh sumber elektron melalui kanta, dan dikolimasikan, kemudian disinari ke permukaan spesimen.
Dengan mengimbas pancaran elektron terfokus ini pada permukaan spesimen dengan menggunakan gegelung deflektor, pengguna boleh memilih kawasan yang menarik, atau memerhati imej Auger.
Rajah.2 Gambar rajah prinsip keratan rentas dan JAMP-9500F
Spektrum Auger
Elektron yang dipancarkan daripada permukaan spesimen dianalisis oleh instrumen yang membezakan tenaga, dipanggil HSA (penganalisis sektor hemisfera). Selepas voltan untuk digunakan pada HSA ditentukan, hanya elektron yang mempunyai tenaga yang sepadan dengan voltan akan dapat melalui HSA dan dikesan.
Oleh itu, jika kita menyemak jumlah elektron yang dikesan semasa mengimbas voltan yang digunakan pada HSA, kita boleh mengesan elektron Auger yang bercampur dengan elektron sekunder dan elektron terserak belakang. Dengan meneliti tenaga puncak, kita boleh menentukan unsur-unsur yang wujud pada permukaan spesimen. Oleh kerana latar belakang dari elektron sekunder dan serakan belakang adalah besar dan puncak Auger adalah kecil, untuk menjadikan puncak Auger lebih mudah untuk diperhatikan, spektrum elektron yang dikesan dibezakan dan dipaparkan. Paksi mendatar ialah tenaga elektron Auger manakala paksi menegak mewakili kuantiti elektron Auger. Rajah 3 menunjukkan spektrum Auger.
Rajah.3 Sistem spektrum gerimit Sn · Ag · Cu · Bi (pateri bebas Pb)
Termasuk fungsi mikroskop elektron pengimbasan
Apabila rasuk elektron mengenai bahan, elektron yang dipanggil elektron sekunder juga dipancarkan. Dengan mengesan elektron ini, kita boleh melihat bentuk spesimen, dengan cara yang sama seperti mikroskop elektron pengimbasan biasa.
Di samping itu, elektron berselerak belakang dan sinar-X ciri, yang juga memberikan maklumat penting tentang spesimen, akan dipancarkan.
Atas sebab ini, semua jenis pengesan sedang digabungkan.
Imej Auger
Dengan mengimbas rasuk elektron merentasi permukaan spesimen dan mengukur elektron Auger pada setiap titik pada spesimen, kemudian memaparkannya dengan mengaitkan kuantiti dengan warna, imej Auger seperti Rajah 4 boleh diperolehi.
Contoh Rajah 3 dan Rajah 4 ialah data spesimen pateri bebas plumbum (siri timah-perak-kuprum-bismut).
Bahagian kiri atas Rajah 4 menunjukkan imej elektron sekunder spesimen (menunjukkan bentuk spesimen), kiri bawah menunjukkan imej Auger perak, dan bahagian kanan bawah menunjukkan imej Auger kuprum. Bahagian atas sebelah kanan menunjukkan imej komposit di mana dua imej Auger diwarnakan (perak dalam hijau, tembaga dalam merah) dan bertindih pada imej elektron sekunder. Anda boleh melihat taburan perak dan tembaga pada permukaan spesimen sepintas lalu.
Rajah 4 Imej auger perak, sistem kuprum Sn · Ag · Cu · Bi (pateri bebas Pb)
Menentukan taburan unsur dalam profil kedalaman
Apabila menganalisis permukaan, permukaan tidak boleh tercemar. Oleh itu, ruang analisis spesimen disimpan pada vakum ultra tinggi. Namun, pencemaran yang melekat pada permukaan spesimen dari awal sukar untuk dibuang, jadi sumber ion digunakan untuk menyinari ion ke permukaan spesimen untuk mengeluarkan pencemaran. Menggunakan sumber ion bukan sahaja mungkin untuk membersihkan permukaan spesimen, tetapi juga untuk memotong permukaan spesimen. Jadi, dengan mengulangi proses mengukur spektrum Auger dan memotong bahan, taburan unsur dalam arah mendalam boleh diperolehi.
Rajah 5 ialah data spesimen bola pateri. Seperti yang dinyatakan sebelum ini, data ini menunjukkan taburan unsur dalam arah kedalaman. Paksi mendatar sepadan dengan arah kedalaman, dan paksi menegak mewakili keamatan elektron Auger setiap unsur.
Daripada keputusan ini, kita melihat bahawa oksigen dan timah telah dikesan pada permukaan spesimen, jadi kita tahu bahawa permukaan telah ditutup dengan oksida timah. Ketebalan lapisan oksida timah mempengaruhi sifat pelekat bola pateri serta ciri-ciri seperti kekonduksian elektrik. Oleh itu, terdapat kajian yang dibuat untuk menentukan bagaimana perbezaan dalam keadaan pembuatan dan persekitaran penyimpanan mempengaruhi ketebalan lapisan teroksida.
Rajah.5 Profil kedalaman bagi elemen yang berbeza (bola pateri)
Menentukan keadaan kimia
Ciri-ciri bola pateri yang disebutkan di atas boleh dipengaruhi oleh sama ada lapisan teroksida adalah SnO2 atau SnO, jadi adalah penting untuk mengukur keadaan kimia timah. JAMP-9500F dilengkapi dengan HSA boleh menganalisis keadaan kimia pelbagai unsur. Rajah 6 menunjukkan spektrum piawai SnO2, SnO dan logam Sn.
Apabila atom terikat dengan atom lain, kedudukan puncak berubah, dan bentuk spektrum berubah. Dalam erti kata lain, bentuk spektrum akan berbeza-beza bergantung kepada keadaan kimia unsur-unsur.
Rajah 6 Spektrum piawai Sn logam, SnO, daripada SnO2
Dengan menggunakan spektrum piawai untuk mengasingkan secara matematik spektrum yang diperolehi dalam Rajah 5, taburan profil kedalaman mengikut keadaan kimia boleh diperolehi. Keputusan analisis keadaan kimia ini ditunjukkan dalam Rajah 7.
Keputusan ini menunjukkan bahawa permukaan terdiri daripada SnO2 (tetravalen) dan timah divalen SnO wujud dalam antara muka dengan timah logam.
Rajah 7 Profil kedalaman bagi keadaan kimia yang berbeza (bola pateri)
Mikroprob Auger mencabar dunia nano
Memandangkan mikroprob Auger mempunyai sistem optik elektron berprestasi tinggi, dan boleh menggabungkan rasuk elektron kepada saiz yang sangat kecil dan tepat, ia mampu menganalisis kawasan yang sangat kecil, termasuk struktur pada susunan 10nm (satu-100,000 mm).
Oleh kerana unsur penyusun dan keadaan kimianya di permukaan paling atas dan kawasan mikro bahan sering menentukan sifat fizikal semikonduktor, seramik dan logam, mikroprob Auger mengisi peranan penting dalam analisis permukaan dan analisis kawasan yang sangat kecil, dan dijangka untuk meningkatkan kepentingan pada masa hadapan.