Vähän energiaa ioni sironnan

Matalaenergia- ioni sironnan spektroskopia, joskus kutsutaan yksinkertaisesti ioni sironta spektroskopia, on pinta-herkkä analyyttinen tekniikka, jota käytetään kuvaamaan kemiallista ja rakenteellista meikki materiaaleja. LEIS liittyy ohjaamalla virta varattuja hiukkasia kutsutaan ioneja pinnalla ja tehdä havaintoja kantoja, nopeudet, ja energiat ionien, jotka ovat vuorovaikutuksessa pintaan. Tiedot, jotka on näin kerätyt voidaan päätellä tietoa materiaalia, kuten suhteelliset asemat atomien pinta ristikko ja alkuaine henkilöllisyydestä atomien. LEIS liittyy läheisesti sekä keskipitkän energia ioni sironnan ja korkean energian ioni sironnan, eroavat pääasiassa energian alueella ionisäteen käytetty koetin pintaan. Vaikka suuri osa tiedoista kerätään LEIS voidaan saada käyttämällä muita pintatiede tekniikoita, LEIS on ainutlaatuinen herkkyys sekä rakenteessa ja koostumuksessa pintojen. Lisäksi LEIS on yksi harvoista pintaherkkä tekniikoita pystyy suoraan tarkkailla vetyatomit, seikka, joka voi tehdä siitä entistä tärkeämpi tekniikkaa vetytaloutta on tutkitaan.

Koejärjestely

LEIS järjestelmät koostuvat seuraavista:

  • Ion Gun, käytetään ohjaamaan puomin ioneja tavoite näyte. Elektroni-ionisaatio-ionin lähde on tyypillisesti käytetään ionisoimiseksi jalokaasujen atomeja, kuten He, Ne tai Ar, kun taas lämmitin kiekkojen sisältävien emästä atomeja käytetään luomaan alkali- ionisuihkun. Ionit näin syntynyt pitää positiivinen varaus, tyypillisesti +1, koska ulostyöntämisen elektroneja atomien. Valikoima energiat käytetään useimmiten LEIS on 500 eV 20 keV. Saavuttamiseksi hyvä kokeellinen resoluutio on tärkeää saada kapea energiaa levisi lähtevän ionisuihkun.
  • Ionisuihkua manipuloija, sisältää sähköstaattinen linssit ioni tarkentamiseksi ja palkki-pilkkominen. Linssit koostuvat sarjasta joko levy tai hoikkuusalueella ja palvella kohdistus palkin sekä valikoivasti suodattaa palkki perustuu massaan ja nopeuden. Palkki leikkuulauta suoritetaan käyttämällä pulssi-aalto generaattori, kun aika-of-lennon-kokeet tehdään. Ionit ainoastaan ​​kulkevat chopper kun ei ole testijännitteen.
  • Näyte manipuloija, sallii käyttäjän muokata sitä asentoon ja / tai kulma tavoite voidakseen suorittaa kokeita vaihtelevalla geometriaa. Käyttämällä suuntaava valvontaa, vaakasuuntakulmaan ja tulokulma säädöt voidaan tehdä.
  • Drift putki / drift alue, käytetään TOF asetukset. TOF-mittauksia käytetään silloin, kun analyysi hiukkasnopeus on tarpeen. Sykkivä ionit kohti näytteen säännöllinen taajuus, ja tarkkailemalla aika matkustaa tietyn matkan jälkeen pinta iskun ilmaisin, on mahdollista laskea nopeuden ionien ja neutraalien tulevat pinnasta. Kiihdytin voidaan myös käyttää tässä setup, ennen ajelehtia putkeen, jotta saavutetaan erottaminen ionien neutraaleista haluttaessa.
  • Ilmaisin / sähköstaattinen analysaattori, jota käytetään havaitsemaan nopeudet ja / tai energiat hajallaan partikkeleita, jotka sisältävät ioneja ja, joissakin tapauksissa, neutraali laji. Toisin kuin TOF analysaattorit, sähköstaattiset analysaattorit saavuttaa ioni energiaa resoluutio käyttävät sähköstaattista ilmanohjaimet suoraan vain ioneja erityisesti energian alue osaksi keräilijä, kun taas kaikki muut ionit ohjataan. Tämäntyyppinen analysaattorin voi antaa hyvää energiaa resoluutio mutta tyypillisesti kärsii huono herkkyys johtuu siitä, että se vain havaitsee ionit tiettyjen energia-alueella ja ohittaa neutraaleja lajeja kokonaan. Kahdenlaisia ​​ilmaisimia käytetään: kanava elektroni kerrannaisvaikutus ja mikrokanavalevyä ilmaisimet. CEMS toimivat samalla tavalla kuin Valomonistimet, näytetään Cascade johdetun elektroniemissiolla prosesseja aloittanut ioni tai nopea neutraali vaikutus antaa voitto signaalin nykyinen. Tällä tavoin on mahdollista tehokkaasti havaita pienetkin ioni tai neutraali hiukkanen juoksutteita. MCP ilmaisimet ovat pääasiassa 2-ulotteinen ryhmät CEMS, ja ne mahdollistavat lisätietoja hiukkanen kanta saadaan kustannuksella herkkyys tahansa asennossa.
  • Tyhjiöpumput; Tutkimukset tehdään ultra-high tyhjiö olosuhteissa, jotta häiriöiden välttämiseksi kanssa ionisäte ja / tai näyte. Yhteinen UHV pumput ovat molekyyliahtopumppu ja ioni pumput, joiden rouhinta pumppaus tyypillisesti käyttäen siipipyöräpumpun. Koska äärimmäisen pintaan herkkyys LEIS näytteitä myös oltava tiukasti puhdistettava ennen analyysiä. Joitakin yhteisiä prosesseja käytetään puhtaita näytteitä ovat paukahtelevan ja hehkutus. Tarkoituksenmukaiset laitteet puhdistusaineita on sisällä tyhjiöön.
  • Muut analyysityökalut; Monissa tapauksissa on toivottavaa suorittaa useita eri analyysi näytteen saman UHV-järjestelmä, tai jopa samaan aikaan. Joitakin uusia välineisiin voi kuulua Auger Elektronispektroskopia, vähän energiaa elektronin diffraktio, ja röntgenfotoelektronispektroskopian spektroskopia. Hyödyntämään näitä keinoja tyypillisesti edellyttää läsnäoloa lisäilmaisimia sekä Electron ja / tai X-ray lähteistä tarvittaessa.

Fysiikka ioni-pinnan vuorovaikutukset

Useita erilaisia ​​tapahtumia voi tapahtua seurauksena ionisäteen osuvan kohdepintaa. Jotkut näistä tapahtumista ovat elektroni tai fotoniemission, elektronin siirto, sironta, adsorptio, ja sputterointi. Kunkin järjestelmän ja jokainen vuorovaikutus on olemassa vuorovaikutusta poikkileikkaus, ja opiskella näitä poikkileikkauksia on kenttä omana. Kuten nimestä voi päätellä, LEIS koskee ensisijaisesti sironta ilmiöitä.

Alkuainekoostumus ja kaksi-elin törmäys malli

Koska energia-alueella tyypillisesti käytetään ioni sironnan kokeissa vaikutukset lämpö tärinän, fononin värähtelyt, ja atomienväliset sitoutuminen ohitetaan, sillä ne ovat paljon tämän alueen alapuolella, ja vuorovaikutus hiukkasen ja pinnan voidaan ajatella klassisen kahden elimen elastinen törmäys ongelma. Energian mittaamisen ionien hajallaan tämän tyyppinen vuorovaikutus voidaan käyttää määrittämään alkuainekoostumus pinnan, kuten on esitetty seuraavassa:

Kaksi-body elastinen törmäykset säännellään käsitteet energia ja liikemäärä säilyttämistä. Harkitse hiukkanen massa MX, nopeus v0, ja energia annetaan vaikuttaa toinen hiukkanen levossa massa minun. Energiat hiukkaset jälkeen törmäyksen ovat ja missä ja näin. Lisäksi tiedämme. Trigonometrian avulla pystymme määrittämään

Samoin tiedämme

Vuonna hyvin kontrolloituja kokeilu energian ja massan ensisijainen ionien ja sirontaa tai siirto-geometriat ovat kaikkien tiedossa, joten määritys pinta alkuainekoostumuksen saadaan korrelaatio E1 tai E2 ja minun. Energian sironta piikit vastaavat raskaampia atomeja ja vähemmän energiaa piikit vastaavat kevyempi atomia.

Getting määrällinen

Haettaessa laadullista tietoa alkuainekoostumus pinta on suhteellisen yksinkertaista, se on välttämätöntä ymmärtää tilastollisen poikkileikkaus vuorovaikutusta ionin ja pinnan atomien saadakseen kvantitatiivista tietoa. Toisella tavalla ilmaistuna, se on helppo selvittää, jos tiettyä lajia on läsnä, mutta paljon vaikeampi määrittää, kuinka paljon tämä laji on siellä.

Kaksi-elin törmäys malli ei anna kvantitatiivisia tuloksia, kun se sivuutetaan osuudet Coulombin vastenmielisyyttä sekä monimutkaisempia vaikutuksia korvauksetta seulonta elektronit. Tämä on yleensä pienempi ongelma Meis ja RBS kokeiluja mutta on esitetty kysymyksiä LEIS. Coulombin vastenmielisyys tapahtuu positiivisesti varautuneet ensisijainen ioneja ja ytimet pinnan atomien. Vuorovaikutus potentiaali annetaan:

Missä ja ovat atomiluvut ensisijainen ionin ja pinta atomi, vastaavasti, on alkeisvaraus, on atomienväliset matka, ja on seulonta toiminto. osuus häiriöitä elektronien kiertävät kukin ydin. Kun kyseessä on MEIS ja RBS, tämä potentiaali voidaan laskea Rutherford sironnan poikkileikkaus:

Näkyy oikealla, edustaa rajallinen alueen saapuvan hiukkasen, kun taas edustaa kiinteä sirontakulma jälkeen hajonta tapahtuman. Kuitenkin LEIS on tyypillisesti tuntematon, joka estää tällainen puhdas analyysi. Lisäksi käytettäessä jalokaasu ionisuihkun on suuri todennäköisyys neutralointi vaikutusten vuoksi vahva halu näiden ionien olla neutraali, suljettu kuori valtio. Tästä kärsii toissijainen ionivirtauksen. Katso AISS ja TOF-SARS alla lähestymistapoja välttää tämän ongelman.

Shadowing ja esto

Varjostus ja esto ovat tärkeitä käsitteitä lähes kaikenlaisia ​​ioni-pinnan vuorovaikutukset ja johtuvat vastenmielinen luonne ioni-ydin vuorovaikutus. Näkyy oikealla, kun vuon ionien virtaa rinnakkain kohti sironta keskus, ne kumpikin hajallaan mukaan voima Coulombin vastenmielisyyttä. Tämä vaikutus tunnetaan tutustuminen. Yksinkertaisessa Coulomb vastenmielisyys malli, tuloksena alueen "kielletty" tilaa takana hajonta keskus on muodoltaan paraboloidin kanssa säteen etäisyydellä L hajonta keskustasta. Vuon tiheys kasvaa lähellä reunaa paraboloidin.

Esto on läheistä sukua varjostus, ja siihen liittyy vuorovaikutus hajallaan ionien ja lähialueiden sironta keskus. Kuten on esitetty, ionit hajallaan ensimmäisestä ydin nyt toisistaan ​​poikkeavia reittejä niille tehdään vuorovaikutuksessa toisen ytimen. Tämä vuorovaikutus johtaa toiseen "varjostavat kartio" nyt nimeltään esto kartio, jossa ionit hajallaan ensimmäisestä ydin on estetty poistumasta kulmissa alla. Tarkennus vaikutuksia jälleen johtaa lisääntynyt tiheys lähellä.

Sekä varjostus ja estää, "kielletty" alueet ovat itse asiassa saatavilla liikeradat, kun massa saapuvan ionien on suurempi kuin pinta-atomien. Tässä tapauksessa alue on rajallinen, mutta köyhdytettyä tiheys.

Suuremmille energia ionit, kuten ne, joita käytetään MEIS ja RBS käsitteitä varjostuksen ja esto ovat suhteellisen yksinkertaista, koska ioni-ydin vuorovaikutus hallitsevat ja elektroni seulonta vaikutukset ovat merkityksettömiä. Kuitenkin jos kyseessä on LEIS näistä seulonnan vaikutukset eivät häiritse ioni-ydin vuorovaikutus ja vastenmielinen mahdollinen mutkistuu. Myös useita sironta tapahtumat ovat hyvin todennäköisesti mikä vaikeuttaa analyysi. Tärkeää on, pienemmän energian ioneja käytetään LEIS on tyypillisesti ominaista suuri vuorovaikutus poikkileikkaus ja varjo kartio säteet. Tästä syystä tunkeutumissyvyys on alhainen, ja menetelmä on paljon korkeampi ensimmäisen kerroksen herkkyys kuin MEIS tai RBS. Kaiken kaikkiaan nämä käsitteet ovat olennaisia ​​data-analyysin vaikutusta törmäyksessä Leis kokeiluja.

Diffraktio ei merkittävä rooli

De Broglie aallonpituus ioneja käytetään LEIS kokeissa esitetään. Käyttämällä pahin arvo 500 eV Hän ioni, näemme λ on edelleen vain 0,006 Å, edelleen selvästi alle tyypillinen atomienväliset väli 2-3 Å. Tämän vuoksi, vaikutukset diffraktion eivät ole merkittäviä normaali LEIS kokeilu.

Muunnelmia tekniikka

Riippuen erityisestä koejärjestely, LEIS voidaan käyttää, jotta saadaan erilaisia ​​tietoja näytteen. Seuraavassa sisältää useita näistä menetelmistä.

  • Alkali ioni sironnan spektroskopia käyttää alkali-ionien sijasta jalokaasujen ioneja antaa selvästi eri tyyppistä vuorovaikutusta. Ensisijainen ero AISS ja normaali ISS on kasvu ioni eloonjäämistä käytettäessä alkali-ioneja. Tämä johtuu suhteellinen vakaus alkali-ioneja eikä jalokaasu-ioneja, jotka ovat paljon vahvempia energinen kannustin abstrahoimisen elektroneja näytteestä. Lisääminen ioni eloonjäämistä tuloksia kasvuun ioni vuon ja parantaa herkkyyttä, mikä puolestaan ​​mahdollistaa vähentää ensisijainen ionivirtauksen pisteeseen, jossa menetelmä on lähes ainetta rikkomattomia. Haittana alkali-ionien sijasta jalokaasujen ionien on lisääntynyt todennäköisyys adsorption tai laskeuman näytteen pintaan.
  • Impact-törmäys ioni sironnan spektroskopia hyödyntää tutustumista ja estää, jotta tarkat määritykset noin atomienväliset väli ensimmäisen 1-2 kerrosten pinta. Erityiset hajonta geometria takaa havaitseminen vain ne hiukkaset, jotka on tehty törmäykset pinta atomien. Alkaen näytteenotto suhteellisen suuri tulokulma ja skannaus yli vaihtelevia tulokulmilla, intensiteetti tietyn energian huippu seurataan. Hajanaisia ​​ioni muodostaa varjo käpyjä takana jokainen atomi, joka estää takaisinsirontaa matalalla tulokulmilla. Huippu sironnan intensiteetti havaitaan, kun kartiot riviin siten, että kukin kulkee viereisen atomin. Tällaisiin analyysi näytteen tunnettu atomienväliset väli mahdollistaa määrittämisen muoto varjo kartio, jossa näkyy oikealla, ja. Jos muoto varjo kartio on tiedossa, atomienväliset väli pinnan atomien sekä väli ja suuntaavuus välillä maanpäällisen ja maanalaisen atomeja voidaan sitten laskea saadusta huippu-ja-laakso rakenne kuvaaja intensiteetti verrattuna sirontakulma. Kaaviossa oikealla esittää sirontaintensiteetti alkaen pinnan atomi, vastaa keskellä "laakso", jossa atomi on estetty pinta atomi. ja vastaavat johtuvat piikit risteyksessä varjo kartio pinnan atomin. Atomienväliset etäisyys voidaan suoraan laskea näistä arvoista, jos muoto varjo kartion tunnetaan.
  • Neutraali vaikutus törmäyksen ioni sironnan spektroskopia käyttää havaitseminen takaisinsiroavaa ammusten määrittää pitoisuuden syvyysprofiilit elementtejä. NICISS tekniikka käyttää jalokaasu ioneja energian 1-5 keV. Kun ammus ionit ovat muutaman Ångström pinnan ne neutraloidaan, ja siirry tunkeutua pintaan. Ammuksia voidaan takaisinsironneen kun törmäys kohde atomin. Tämä takaisinsironnan aiheuttaa ammukset menettää energiaa suhteessa massaan tavoite ja on suuruusluokkaa muutama sata eV. Lopullinen energia ammusten määritellään kautta aika-of-lennon. Eli siis tietää ensimmäisen ja viimeisen energiat ammuksen, on mahdollista määrittää identiteetin kohde atomin. Ammukset myös kokea lisäenergiaa tappio sen tunkeutuessa kautta irtotavarana, suuruusluokkaa muutama eV kohti angrstrom. Siksi syvyys että kohde-atomi osui voidaan myös määrittää. Alkaen TOF-spektri on sitten mahdollista saada pitoisuus syvyysprofiilit elementtien näytteessä läsnä. NICISS pystyy osaa tunnistaa syvyyteen noin 20 nm: n, jonka resoluutio on vain muutama ångströmiä.
  • Reactive lon sironta käytetään virtana hyvin vähän energiaa Cs-ionien koetin molekyylejä adsorboituu pinnalle näytteen. Törmäyksessä ionit voivat olla vuorovaikutuksessa ja kemiallisesti sitoutuvat lajit pinnalla. Nämä vuorovaikutukset tapahtuvat nopeasti ajassa ja voidaan analysoida läsnäolon eri molekyylien tai molekyylin fragmentteja tarkkailemalla spektrit Cs-X tulevan pinnasta.
  • Aika-of-lennon sironnan ja Liukuportteihin spektroskopia käyttää TOF analyysi asetukset. Alkuaineanalyysi voidaan suorittaa kautta havainto tasossa sironnan, kun taas rakenteelliset tiedot voidaan saada seuraamalla tiettyjen spektrin piikit samalla kun siirretään joko näytteen tapaus tai atsimuuttikulma.
  • Sironnan ja siirto-kuvantaminen spektroskopia hyödyntää estää kartion geometrioiden keskittyä ionien samalla tavalla kuin tavanomaisten optiikka. Tämä antaa erittäin suuren suurennoksen projisoituna 2-d-ilmaisin ja sitä voidaan käyttää, jolloin saadaan elementti-tiettyjä kuvia näytteen pinnan. Käyttö laaja 2-d MCP ilmaisin vähentää huomattavasti analyysissä aika verrattuna TOF geometria luonnostaan ​​kapea-kulmailmaisimen. J. Wayne Rabalais yliopistossa Houston on yksi edelläkävijöistä tämän menetelmän, ja hieno kuva tuotos SARIS kokeilu löytyy täältä.

Verrattuna muihin analyysimenetelmiä

  • Medium energia ioni sironnan ja Rutherford takaisinsironnan spectroscopies liittyy samanlainen setup LEIS mutta käyttää ionien energia vaihteluväli ~ 100 keV ja ~ 1-2 MeV koetin pinnoille. Pinta herkkyys katoaa seurauksena käytöstä enemmän energiaa hiukkasia, joten vaikka MEIS ja RBS voi silti antaa tietoa näytteen ne eivät kykene tarjoamaan tosi ensimmäisen kerroksen herkkyys.
  • Sekundääri-ioni massaspektrometria käsittää havaitsemisen ionilajien ulos pinnasta seurauksena energinen hiukkasten vaikutus. Vaikka SIMS kykenee antamaan syvyys profiileja alkuainekoostumus näyte, se on luonnostaan ​​tuhoava menetelmä ja yleensä ei anna rakenteellisia tietoja.
  • Röntgenfotoelektronispektroskopian spektroskopia pystyy pinnan alkuaineanalyysi, mutta näytteiden paljon laaja alue näytteen kuin LEIS, joten ei voi erottaa ensimmäisen kerroksen pinnan kerroksista. Koska XPS perustuu poisto ydin-tason elektroneja atomien se ei pysty havaitsemaan vety tai helium atomien näytteessä.
  • Vähän energiaa elektronin diffraktio käytetään usein yhdessä LEIS helpottamiseksi asianmukainen näyte yhdenmukaistamista. LEED voi antaa yksityiskohtaisia ​​rakenteellisia tietoja otoksesta pinta kansirakenteet ja yhdenmukaistaminen adsorbaatteja. LEED ei elementti-erityisiä ja niin ei voi käyttää määrittämään pintaan alkuainekoostumuksen.
  • Kaira elektronispektroskopia liittyy havaitseminen elektroneja säteilevä seurauksena ytimen reiän heräte ja rentoutumista prosesseja. Koska prosessiin kuuluu ydin tasoilla on herkkä vety ja helium atomit. AES-tulokset voidaan tyypillisesti käyttää päätellä tietoja kemiallinen ympäristö erityisesti atomien pinta.
  0   0
Seuraava artikkeli Forest of High Peak

Aiheeseen Liittyvät Artikkelit

Kommentit - 0

Ei kommentteja

Lisääkommentti

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Merkkiä jäljellä: 3000
captcha