Hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů: Porovnání verzí
Smazaný obsah Přidaný obsah
bez param, portál |
m mínus; kosmetické úpravy |
||
Řádek 1:
[[
'''Hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů''', {{Vjazyce|en}} {{Cizojazyčně|en|'''Secondary ion mass spectrometry'''}}, zkráceně '''SIMS''', je technika sloužící k analýze složení povrchů pevných látek a tenkých vrstev pomocí vyprašování povrchu bombardujícími ionty a shromažďováním (analyzováním) vyražených sekundárních iontů. Sekundární ionty emitované z povrchu materiálu pomocí "vyprašovacího" procesu se používají k analýze chemického složení materiálu. Tyto částice však představují jen malý zlomek částic emitovaných ze vzorku. Sekundární ionty se měří hmotnostním spektrometrem určující prvkové, izotopové, nebo molekulární složení povrchu. SIMS je jedna z nejcitlivějších analýz povrchů, která je schopna detekovat prvky, i když jsou přítomny řádově jen v nanometrových oblastech.
ZZ
== Historie a vývoj metody ==
V roce [[1910]] britský fyzik [[Joseph John Thomson]] pozoroval emisi pozitivních [[Ion|
== Schéma přístroje a popis funkce ==
[[
Klasické SIMS zařízení se skládá z 1) iontového děla vytvářející primární paprsek iontů 2) iontové "sloupcové" dělo, zrychlující a směřující paprsek iontů na vzorek 3) komora o vysokém vakuu obsahující vzorek a sekundární čočky pro extrakci iontů 4) hmotnostní analyzátor separující jednotlivé ionty podle jejich poměru hmotnosti k náboji 5) ionty detekující jednotka.
Řádek 14:
=== Požadavky na vakuum ===
SIMS vyžaduje vysoké [[vakuum]] s tlakem pod 10<sup>
=== Zdroje primárních iontů ===
Existují tři základní typy iontových děl. V prvním z nich jsou ionty z plynných prvků obvykle generovány plazmatem (Duoplasmatrons) nebo elektronovou ionizací například vzácných plynů ([[Argon|Ar]]<sup>+</sup>, [[Xenon|Xe]]<sup>+</sup>), kyslíku (O<sup>-</sup>, O<sub>2</sub><sup>+</sup>). Tento typ paprsku je snadno ovladatelný a vytváří svazek iontů sice ne moc přesný, ale zato o vysoké energii. Druhým zdrojem ionizačního paprsku je používaný Cs<sup>+</sup> proud iontů. Atomy cesia se vypařují přes porézní wolframovou ucpávku a ionizují se během odpařování. Je použitelný jak pro jemné zaměření, tak v režimu vysokého proudu (v závislosti na designu děla). Třetí, kapalné kovové iontové zdroje (liquid metal ion source (LMIG)), pracují s kovy nebo kovovými slitinami, které jsou kapalné při pokojové teplotě nebo lehce vyšší teplotě. Kapaliny kovů zahrnují wolframové hroty a emise iontů pod vlivem intenzivního elektrického pole. Zatímco zdroj z gallia je schopen pracovat s jednotlivými atomy gallia, nedávno vyvinuté zdroje pro zlato, indium a bismut umožňují použití slitiny, které sníží body tání dané látky. LMIG poskytují pevně zaměřitelné ionty nosníkového paprsku (<50nm) s mírnou intenzitou a je navíc jsou schopné generovat krátké impulsní svazky iontů. Jsou proto běžně používány ve statických SIMS zařízeních.
Volba druhů iontových zdrojů a iontového děla závisí na požadovaném proudu (pulsní nebo souvislý), na požadovaných rozměrech primárního iontového paprsku a na vzorku, který má být analyzován. Kyslík jako primární proud iontů je často používán k vyšetření na elektropozitivních prvků kvůli zvýšení pravděpodobnosti vytváření pozitivních sekundárních iontů, zatímco proud primárních cesiových iontů je často využíván při testech elektronegativních prvků. Pro krátké impulsní svazky iontů ve statickém SIMS je pouze LMIG použitelné, ale často je v kombinaci s kyslíkovým nebo cesiovým dělem.
=== Analyzátory hmoty ===
V závislosti na druhu použité SIMS metody jsou k dispozici tři typy analyzátorů: segmentový, kvadrupólový a "time-of-flight". Segmentový spektrometr ( [[
=== Detektory ===
Po dopadu iontu na elektronovou násobičku se generuje lavina elektronů, která vytvoří pulz, který může být přímo detekován. Další typ detektoru je mikrokanálový detektor, který funguje na podobném principu jako předchozí detektor, ale s rozdílem, že zesílení je menší. Naopak je ale lepší laterální rozlišení detekovaných iontů. Většinou se předchozí detektory kombinují s [[Charge-coupled device|CCD]] kamerou nebo fluorescenčně citlivým detektorem.
== Limity detekce ==
Většinu stopových prvků lze detekovat, když dosahují ve zkoumaném vzorku hustoty od 10<sup>12</sup> až 10<sup>16</sup> atomů na krychlový centimetr. Toto číslo je ale dosti závislé na použité metodě, typu primárního svazku, analyzovaném vzorku atd. Velikost "odprášené" části povrchu je závislá na velikosti proudu a rozměrech paprsku z primárního iontového děla. A to je zase závislé na použití zdroje iontů (Cs<sup>+</sup>, O<sub>2</sub><sup>-</sup>, Ga<sup>+</sup> nebo skupiny Bi jako Bi<sub>3</sub><sup>2-</sup>).
== Statická a dynamická SIMS ==
V oborech zabývajících se analýzou povrchů je běžné rozdělení metody SIMS na statickou a dynamickou. Statická SIMS je spojena především s analýzou jednoatomárních vrstev na povrchu. K tomu se využívá pulzní iontové dělo a [[time of flight]] detektor hmoty. Na druhou stranu je dynamická SIMS zaměřena především an zkoumání objemu (má blízko k procesu odprašování látky). K tomu se využívá stejnosměrné primární iontové dělo a [[kvadrupólový analyzátor]] hmoty.
== Aplikace ==
|