طيف‌سنجي جرمي يون ثانويه(sims)

[azarafrooz 14221]

روش‌هاي آناليزي بر مبناي يون به دليل حساسيت و قابليت آنها براي آشکار کردن تغييرات ترکيب شيميايي در عمق نمونه (پروفيل عمق) به کار مي‌روند.

در روش طيف‌نگاري جرمي يون ثانويه (SIMS) پرتوي از يون‌هاي اوليه که مي‌تواند تا قطر حدود 20 نانومتر متمرکز شود، نمونه را روبش مي‌کند و براي بيرون انداختن يون‌هاي ثانويه از نمونه به کار مي‌رود. جرم يون هاي ثانويه توسط يک طيف‌نگار جرمي تعيين مي‌شود. اين تکنيک مخرب است و لاية اتم‌هاي مورد بررسي از نمونه برداشته مي‌شود.

 

در جريان‌هاي پايين از پرتو يوني اوليه،‌ اين اتفاق به آهستگي رخ مي‌دهد و اين تکنيک به عنوان Static SIMS شناخته مي‌شود. در موارد بهينه، حتي 1/0 درصد يک تک لايه از ماده را هم مي‌توان آشکار کرد. اگر از جريان‌هاي بيشتر پرتو يوني اوليه استفاده شود، ماده با سرعت بيشتري برداشته مي‌شود و هر لايه در حين برداشته شدن آناليز مي‌شود بنابراين مي‌توان پروفيل عمقي را به دست آورد. اين تکنيک به عنوان Dynamic SIMS شناخته مي‌شود. تجهيزات مدرن طيف نگاري جرمي يون ثانويه قدرت تفکيکي تا حدود 1 نانومتر دارند و بنابراين مي‌توانند نقشه‌هاي ترکيب شيميايي را نمايش دهند که مشابه نقشه‌هاي پرتو X مي‌باشد. اين نقشه‌ها Imaging ناميده مي‌شوند.

 

تمام روش ‌هاي طيف نگاري جرمي يون ثانويه دو مزيت عمده دارند. مزيت اول محدوده عناصر است؛ از آنجا که طيف‌نگاري جرمي نسبت به همه عناصر حساس است. تمام ايزوتوپ‌ها و حتي عناصر سبک از هيدروژن تا اکسيژن را مي‌توان آناليز کرد و نقشه آنها را تهيه کرد.

مزيت دوم حساسيت است، طيف‌نگاري جرمي يون ثانويه معمولاً قادر به آشکار کردن غلظت‌هايي در حد يک قسمت در يک ميليون (ppm) است و در شرايط خوب حساسيتي در حد يک قسمت در يک ميليارد (PPb) دارد

 

 

تصوير شماتيکي طيف‌نگاري جرمي يون ثانويه

 

 

کاربردها SIMS عبارتند از:

• آناليز ترکيب شيميايي سطح با قدرت تفکيک عمقي در حدود 5 تا10 نانومتر

• تهيه پروفيل غلظت عناصر در عمق ماده

• آناليز عناصر در غلظت‌هاي بسيار کم (trace) در محدوده ppt تا ppm

• شناسايي لايه‌هاي سطحي آلي يا غيرآلي بر روي فلزات، شيشه‌ها، سراميک‌ها و لايه‌هاي نازک

• تهيه پروفيل عمقي لايه‌هاي سطحي اکسيد، لايه‌هاي نازک خوردگي، لايه‌هاي نازک حل شده (leached) و تهيه پروفيل‌هاي نفوذي

• پروفيل‌عمقي غلظتي مقادير کم عناصر ذوب شده (dopants) (PPm 1000 ) که به صورت نفوذي يا کاشته شده (implanted) به مواد نيمه‌هادي افزوده شده است

• تعيين غلظت هيدروژن و پروفيل‌هاي عمقي در آلياژهاي فلزي ترد شده (embrittled)

 

 

 

لايه‌هاي نازک تهيه شده از نشاندن بخار (Vapor- deposited)، شيشه‌هاي هيدراته و مواد معدني

• آناليز کمي غلظت بسيار کم عناصر در جامدها

• فراواني ايزوتوپ‌ها در نمونه‌هاي زمين‌شناسي

• مطالعات غلظت‌هاي بسيار کم (براي مثال نفوذ و اکسيداسيون)

• توزيع فلزي در مواد معدني زمين شناسي، سراميک‌هاي چند فازي و فلزه

• توزيع فاز ثانويه ناشي از جدايش مرزدانه‌ها، اکسيداسيون داخلي يا رسوب

 

محدوديت‌هاي SIMS نيز به شرح زير مي‌باشند:

• آناليز به صورت مخرب است.

• آناليز کيفي و کمي به دليل تغييرات وسيع حساسيت آشکارسازي از عنصري به عنصر ديگر و از زمينه يک نمونه به زمينه نمونه ديگر، پيچيده است.

• کيفيت آناليز (دقت، صحت، حساسيت و غيره) از طراحي دستگاه و پارامترهاي عملياتي هر آناليز شديداً تأثير مي‌پذيرد.

 

 

 

 

منبع ::

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

• ورود
• یا
• ثبت نام