Hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů: Porovnání verzí

m
uprava
mBez shrnutí editace
m (uprava)
[[Image:IMS3F pbmf.JPG|thumb|300px|right|Podoba dnešního zařízení SIMS]]
'''Secondary ion mass spectrometry''' (SIMS) je technika sloužící k analýze složení povrchů pevných látek a tenkých vrstev pomocí vyprašování povrchu bombardujícím ionty a shromažďování (analyzování) vyražených sekundárních iontů. Sekundární ionty emitované z povrchu materiálu pomocí "vyprašovacího" procesu se používající se k analýze chemického složení materiálu, představují jen malý zlomek částic emitovaných ze vzorku. Tyto sekundární ionty se měří hmotnostním spektrometrem určující prvkové, isotopic, nebo molekulární složení povrchu. SIMS is the most sensitive surface analysis technique, being able to detect elements present in the parts per billion range. SIMS je jedna z nejcitlivějších analýz povrchů, která je schopna detekovat prvky, i když jsou přítomny řádově jen v nanometrových oblastech.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
== Historie a vývoj metody==
 
 
V roce 1910 britský fyzik J.J. Thomson pozoroval emisi pozitivních iontů a neutrálních atomů z povrchu pevných látek vyvolanou bombardováním ionty. Vylepšená technologie vakuových pump ve čtyřicátých letech devatenáctého století umožnila vyrobit první experimantální prototyp SIMS. Konstruktéry byly Herzog a Viehböck v roce 1949 na univerzitě ve Vídni, Rakousko. V šedesátých byly vyvinuty dvě SIMS aparatury nezávisle na sobě. Jedna z nich byla americký projekt pod vedením Liebel a Herzog, který byl sponzorován NASA, pro analýzu měsíc skalách. Druhý francouzsky projekt byl zahájen na univerzitě v Orsay R. Castaingem jako doktorandská práce G. Slodzianiho. Obě varianty přístroje byly později vyráběny, americký firmou GCA Corporation a francouzský firmou Cameca. Cameca se nachází v Paříži a je stále zapojena do výroby SIMS nástrojů ([www.cameca.fr]). Tyto první přístroje byly založeny na hmotnostním spektrometru využívající magnetické pole a jako primární paprsek iontů byl použit Argon. V sedmdesátých letech K. Wittmack and C. Magee vyvinuli novou verzi SIMS vybavenou kvadrupólovými hmotnostními analyzátory. Přibližně ve stejnou dobu A. Benninghoven uvedl metodu statické SIMS, kde je hustota primárních iontů tak malá, že jen nepatrný zlomek (obvykle 1%) povrchu svrchní vrstvy je nezbytný pro úspěšnou povrchovou analýzu. Přístroje tohoto typu používají pulsně buzené primární zdroje iontů a 'time-of-flight' hmotnostní spektrometry. Poslední vývoj se zaměřuje na nové primární zdroje iontů jako je C 60 nebo shluk iontů zlata a bismutu.
 
 
 
== Schéma přístroje a popis funkce ==
 
Klasické SIMS zařízení se skládá z 1) iontového děla vytvářející primární paprser iontů 2) iontouvé "sloupcové" dělo, zrychlující a směřující paprsk iontů na vzorek 3) komora o vysokém vakuu obsahující vzorek a sekundární čočky pro extraqkci iontů 4) hmotnostní analyzátor separující jednotlivé ionty podle jejich poměru hmotnosti k náboji 5) ionty detekující jednotka.
 
 
=== Požadavky na vakuum ===
 
SIMS vyžaduje vysoké vakuum s tlakem pod 10<sup>-4</sup> Pascalů (zhruba 10 <sup>-6</sup> mbarů nebo Torrů). Toto je třeba zajistit, aby sekundární proud iontů nekolidoval (nereagoval) s plyny na pozadí (vzuchem) na jeho cestě k detektoru (tento požadavek tedy znamená volnou cestu) a také zabraňuje kontaminaci povrchu vzorku adsorpcí částic plynu v průběhu měření.
 
 
=== Zdroje primárních iontů ===