Ионного рассеяния спектроскопия

ИОННОГО РАССЕЯНИЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, изучает распределение по энергиям (энергетич. спектр) ионов, упруго рассеянных пов-стью под определенным углом q. Спектр получают при действии на исследуемую пов-сть моноэнергетич. пучков ионов. По положению пиков такого спектра идентифицируют элементы, а по высоте пиков определяют концентрацию последних. Кроме того, исследуя энергетич. спектр в зависимости от углов падения и рассеяния, можно получить информацию о структуре пов-сти. Энергию иона, упруго рассеянного под углом q при однократном парном столкновении, можно рассчитать по ф-ле E = E_п(1 + М/т)^-² {cosq + [(M²/m²) - sin²q]^1/2}² = КЕ_п, где Е_п- энергия первичных ионов, М - масса атомов образца, m - масса первичных ионов, К - коэф. рассеяния ионов. Формула справедлива при М/т > 1. Зная величины m, E_п, q, а также заряд (степень нейтрализации) рассеянных частиц и измерив Е, можно рассчитать M и идентифицировать поверхностные атомы. В зависимости от энергии первичных ионов различают спектроскопию рассеяния медленных ионов (E_п = 10^-¹⁷ — 10^-¹³ Дж) и спектроскопию рассеяния быстрых ионов (Е_п = 10^-¹⁴— 10^-¹³ Дж), наз. также спектроскопией резерфордовского или обратного ядерного рассеяния.

В спектроскопии рассеяния медленных ионов в ионизованном состоянии покидает пов-сть лишь 0,1-1% однократно рассеянных ионов. Т. к. зависимость К от сечений рассеяния и эффективность нейтрализации точно неизвестны, то количеств. определения проводят в осн. по эмпирич. градуировочным зависимостям. Аппаратура состоит из источника однозарядных моноэнергетич. ионов инертных газов (обычно Не⁺, Ne⁺, Аr⁺), напр. дуоплазмотрона с полым катодом, вакуумной камеры с давлением остаточных газов < 10^-⁷ Па, держателя мишени, позволяющего вращать образец относительно направления первичного пучка, и энергетич. спектрометра (чаще всего электростатич. анализатора). При этом можно анализировать поверхностные монослои толщиной ~ 0,5 нм. В спектроскопии рассеяния быстрых ионов в качестве источника первичных ионов (в осн. a-частиц) используют электростатич. генератор, тандемный ускоритель ионов или циклотрон. Ускоритель ионов должен давать высокомонохроматичные пучки первичных ионов в широком интервале E_п. Для регистрации энергетич. спектра рассеянных ионов обычно применяют полупроводниковый детектор (с разрешением 5-20 кэВ) в сочетании с многоканальным анализатором импульсов. Количеств. интерпретация данных о рассеянии быстрых ионов проще, чем в случае медленных ионов, и проводится с применением резерфордовского закона рассеяния, когда эффектом экранирования ядер электронами можно пренебречь. Частица, отраженная от пов-сти твердого тела, обладает большей энергией, чем частица, отраженная от внутр. слоев мишени. Потери энергии связаны с электронным и ядерным торможением внутри твердого тела. Т.к. сечение рассеяния невелико, часть ионов, проникнувших в глубь мишени, двигается по прямой, испытывая в осн. электронное торможение. После соударения с атомом, в результате к-рого направление движущегося иона меняется на угол > 90° (обратное рассеяние), он под действием электронного торможения опять по прямой направляется к пов-сти материала. Т. обр., фиксируя спектры энергетич. потерь обратнорассеянных ионов, можно без разрушения образца получить информацию о распределении определяемого элемента по глубине. Напр., используя рассеяние a-частиц с энергией ~ 10^-¹³ Дж, можно исследовать слои толщиной в доли мкм с разрешением по глубине ~ 20 нм без послойного травления, к-рое необходимо в случае использования медленных ионов. Разрешение по глубине зависит от массы и энергии первичных ионов, массы атомов материала и энергетич. разрешения регистрирующей аппаратуры. По величине потерь энергии можно определять также толщину пленок на подложках. Пределы обнаружения элементов в ионного рассеяния спектроскопии достигают 10 %. Этот метод применяют в осн. для определения тяжелых примесей в легких основах: с использованием медленных ионов - на реальной пов-сти, с использованием быстрых ионов - в субмикронных поверхностных слоях твердых тел (гл. обр. полупроводников). Лит.: Петров Н. Н., Аброян И. А., Диагностика поверхности с помощью ионных пучков, Л., 1977; Пранявичюс Л., Дудонис Ю., Модификация свойств твердых тел ионными пучками, Вильнюс, 1980; Черепин В. Т., Васильев М. А., Методы и приборы для анализа поверхности, К., 1982. Ф. А. Гимельфарб.

Ещё по теме

Спектроскопия отражения — методы и применение

Радиоспектроскопия — методы и применение

Фотоэлектронная спектроскопия — основы и применение

Фотоионизация молекул и атомов

Спектрофотометрия — основы и применение в химии

Рентгеноэлектронная спектроскопия — принципы и применение

Рентгеновская спектроскопия — основы и применение

Электронно-зондовые методы исследования

Масс-спектрометры — принципы работы и типы анализаторов

Спектральный анализ — принципы и применение

Микроволновая спектроскопия — принципы и применение

Основы спектроскопии — принципы и применение

Радиоспектроскопия — методы исследования строения вещества