химический каталог




ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫЕ МЕТОДЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫЕ МЕТОДЫ , физических методы исследования и локального анализа поверхности твердых тел с помощью пучка сфокусированных электронов (зонда). Пучки электронов получают с помощью электронной пушки - вакуумного устройства, обычно диода, в котором электроны вылетают из катода благодаря главным образом термоэлектронной эмиссии и ускоряются электрич. полем. Фокусировку пучков осуществляют электронными линзами, создающими необходимые электрич. и магн. поля. В ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫЕ МЕТОДЫ-з. м. используют первичные медленные (с энергией Е0 10-103 эВ) и быстрые (Е0 103-106 эВ) электроны.
После взаимодействие пучка первичных электронов с поверхностью исследуемого образца можно регистрировать упруго или неупруго рассеянные электроны, вторичную электронную эмиссию, эмиссию десорбированных атомов или ионов, электромагн. излучение в рентгеновской или оптический области, наведенный в образце электрич. ток или эдс.
По характеру получаемой информации ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫЕ МЕТОДЫ-з. м. можно разделить на 3 группы: 1) методы исследования топографии поверхности и кристаллич. структуры твердых тел; 2) методы локального анализа; 3) методы исследования электрофизических характеристик и электронной структуры твердых тел. К первой группе относятся, в частности, электронная микроскопия - трансмиссионная (просвечивающая) (ТЭМ) и растровая (РЭМ), методы дифракции медленных (ДМЭ) и быстрых ДБЭ) электронов; ко второй - рентгеноспектральный микроанализ (РСМА; см. ниже), катодолюминесцентный микроанализ (КЛМА), электронно-зондовая масс-спектрометрия (ЭМС), оже-спектроскопия (ОС), спектроскопия характеристич. потерь энергии электронов (СХПЭ), спектроскопия пороговых потенциалов (СПП); к третьей - наряду с последними тремя из перечисленных методов относятся методы ДБЭ, ДМЭ, наведенной эдс и др. Одной из основных характеристик ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫЕ МЕТОДЫ-з. м. является локальность L - размер зоны, о составе и строении которой получают информацию. Значения этой величины как в поперечном (по поверхности,), так и в продольном (по глубине,) направлениях существенно различаются для разных методов, что видно из таблицы. В последней приведены также значения относит. (Смин) и абсолютных (qмин) пределов обнаружения элементов и относит. стандартные отклонения sr (см. Метрология химического анализа).

МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫХ МЕТОДОВ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЕЯ
Электронно -зоидовые методы

нм

нм

Смин, %
qмин,

г

sr
Осн. области и объекты исследования
РЭМ
2
5
10-19
Топография шлифов, изломов
ТЭМ
0,2
10
10-20
Микродефекты кристаллич. структуры
РСМА
103
5 x 102
10-2
10-15
0,01
Локальный элементный состав
КЛМА
103
103
10-5
10-18
0,10
Распределение примесей в полупроводниках и диэлектриках
ОС
50
5
10-1
10-20
0,10
Локальный элементный состав
СХПЭ
2
10
1
10-20
0,20
Микродефекты кристаллич. структуры
ДМЭ
106
0,5
10-7
Адсорбированные газы
ДБЭ
105
102
10-6
Кристаллическая структура поверхности
СПП
105
1
1
10-12
0,30
Состав и электронная структура поверхности
ЭМС
105
10
10-4
10-16
0,10
Поверхностные загрязнения

В химический исследованиях наиболее важны аналит. Э.-з.м., относящиеся ко второй группе. Среди них самый распространенный - метод рентгеноспектрального микроанализа, основанный на генерировании в выбранном локальном участке анализируемого образца характеристич. рентгеновского излучения (см. Рентгеновская спектроскопия), по спектру которого устанавливают качеств. и количественное элементный состав выбранного участка.
Характеристич. рентгеновское излучение получают облучением образца электронным зондом со следующей параметрами: диаметр зонда1 мкм, сила тока i3 10-7-10-9 А, энергия E0 1-50 кэВ. При взаимодействие первичных электронов с атомами пробы происходят возбуждение и ионизация последних вследствие удаления электронов с ближайших к ядру оболочек -К, L и т.д. (при этом энергия первичных электронов уменьшается на определенную величину, что используется в СХПЭ). Возбужденные и ионизованные атомы релаксируют за время ~ 10-15 с по излучат. или безызлучат. механизму. В первом случае генерируется характеристич. рентгеновское излучение, во втором - образуются оже-электроны. Вероятность излучат. перехода характеризуют отношением w числа атомов, релаксирующих по излучат. механизму, к общему числу возбужденных атомов. Эта величина растет с ростом атомного номера Z элемента и существенно зависит от того, с какой оболочки выбивается электрон при ионизации атома. Например, для Na, Ti и Br wK соответственно равно 0,02, 0,20 и 0,60; WL для Вr составляет 0,02. Поэтому методом РСМА целесообразно определять элементы с Z> 11, хотя возможно определение элементов с Z> 3.
Характеристич. рентгеновское излучение с интенсивностью Iо частично поглощается и выходящее из анализируемого образца излучение имеет интенсивность где - плотность образца; х - путь, пройденный излучением в образце;- массовый коэффициент поглощения, нелинейно зависящий от энергии квантов характеристич. рентгеновского излучения.
Выходящее из образца излучение разлагают в спектр (т. е. получают зависимость интенсивности / от энергии Е)с помощью рентгеновских спектрометров с волновой (ВДС) или энергетич. (ЭДС) дисперсией. Действие ВДС-спектро-метров (рис. 1) основано на условии Вульфа-Брэгга: где- длина волны характеристич. рентгеновского излучения; п - целое положит. число, называемое порядком отражения; d - межплоскостное расстояние в кристалле-анализаторе;- брэгговский угол (угол падения и отражения рентгеновского излучения от кристалла-анализатора).

Рис. 1. Схема ВДС-спектрометра: О -анализируемый образец; К- А - кристалл-анализатор; Д - детектор; е -электронный зонд; Р.И.- рентгеновское излучение; - брэгговский угол; R - радиус окружности Роуланда.

Для различные диапазонов используют кристаллы-анализаторы с разными d (например, LiF, кварц, фталат таллия). Увеличение R - радиуса окружности Роуланда, проведенной через три точки в образце, кристалле-анализаторе и детекторе, повышает спектральное разрешение но при этом уменьшает интенсивность I. Величина достигает обычно 10 эВ. В качестве детектора чаще всего используют проточные пропорциональные счетчики.
ЭДС-спектрометры снабжены охлаждаемыми 81(Li)-детекторами, позволяющими работать при существенно более низких i3, чем в ВДС-спектрометрах, но имеющими худшее разрешение (около 150 эВ). Одно из достоинств ЭДС-спектрометров - отсутствие наложения аналит. линий с разными и, что возможно в ВДС-спектрометрах.
По положению линий характеристич. рентгеновского излучения в спектре (рис. 2) идентифицируют атомы, входящие в состав анализируемой пробы (качеств. анализ), по интенсивности выбранных аналит. линий определяют их содержание (количественное анализ). При этом относит. предел обнаружения (Cмин) определяется соотношением величин полезного сигнала и фона. Фон в РСМА самый высокий по сравнению с другими методами рентгеновской спектроскопии, вследствие генерирования непрерывного рентгеновского излучения при торможении первичных электронов в пробе. Верхняя энергетич. граница непрерывного рентгеновского излучения определяется энергией Е0первичных электронов, нижняя - сильным самопоглощением рентгеновского излучения в образце (при Е1 кэВ).

Рис. 2. Рентгеновский спектр в РСМА: 1 - линии характеристич. рентгеновского излучения; 2 -непрерывное рентгеновское излучение без поглощения (фон); 3 -область самопоглощения непрерывного рентгеновского излучения.

При проведении количественное анализа сопоставляют измеренную интенсивность (IХ)характеристич. рентгеновского излучения определяемых атомов (концентрация которых Сх) в анализируемой пробе с интенсивностью Iст характеристич. рентгеновского излучения тех же атомов (концентрация Сст) в образце известного состава, т. е. стандартном образце: IХ/Iст = FCx/Cст, где F- поправочный коэффициент, учитывающий различные поглощение выходящего излучения в анализируемом и стандартном образцах, различные рассеяние и торможение первичных электронов в них, а также различие в эффектах возбуждения рентгеновской флуоресценции характеристич. и непрерывным излучением. Для расчетов F чаще всего используют микро-ЭВМ, установленные на выходе рентгеновских микроанализаторов.
Погрешности количественное РСМА в лучших случаях не превышают 1-2%. При этом случайные погрешности, связанные с измерениями интенсивности I, может быть снижены до величины относит. стандартного отклонения sr< 0,01. Систематич. погрешности, определяемые в основные величиной F, также может быть меньше 1%. Осн. источник погрешностей в количественное РСМА - процесс подготовки пробы к анализу. Поэтому важнейшими операциями являются шлифовка и полировка анализируемых и стандартных образцов, химический обработка или "металлизация" их поверхности (для образцов с низкой электро-или теплопроводностью).
Хотя относит. пределы обнаружения высоки (10-1-10-2 %), абсолютные пределы обнаружения достигают очень низких значений - 10-14-10-15 г благодаря высокой локальности В спец. методах РСМА удается проводить количественное анализ субмикронных слоев и послойный анализ с разрешением по глубине<0,1 мкм. При количественное анализе гетерогенных материалов необходимо учитывать эффекты гетерогенного фона (см. Локальный анализ)вблизи межфазных границ (причем зона действия таких эффектов может существенно превышать и достигать десятков и даже сотен мкм).
РСМА применяют для анализа индивидуальных частиц (в порошках, аэрозолях), микровключений в чистых материалах, определения состава фаз в минералах и сплавах, распределения элементов в тонких слоях и гетероструктурах. РСМА используют для исследования процессов диффузии, кристаллизации, коррозии, получения композиционных материалов и т. д.

Литература: Рид С., Электронно-зондовый микроанализ, пер. с англ., М., 1979; Черепин В. Т., Васильев М. А., Методы и приборы для анализа поверхности материалов, К., 1982; Количественный электронно зовдовый микроанализ, пер. с англ., М., 1986; Гимельфарб Ф.А., Рентгеноспектральный микроанализ слоистых материалов, М., 1986.

Ф. А. Гимельфарб.

уХЛХВЕЯЙЮЪ ЩМЖХЙКНОЕДХЪ. рНЛ 5 >> й ЯОХЯЙС ЯРЮРЕИ


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
лестничные марши сборные железобетонные
тренировочные колесики для моноколеса описание
asics russia wrestling team
купить картотечный шкаф металлический

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(21.08.2017)