تبلیغات
نانو و ایران - اسپكتروسكوپی الكترون اوژه
نانو و ایران
نانو آرزوی دیروز ، واقعیت امروز ، زندگی فردا

مقدمه:
اسپكتروسكوپی الكترون اوژه(1) یك روش آنالیز استاندارد در فیزیك سطح و فصل مشترك‌‌هاست. در ساده‌ترین استفاده از آن تمیز بودن سطح نمونة مورد مطالعه در شرایط خلاء فوق بالا(2) قابل بررسی است. خلاء فوق بالا از این جهت ضرورت دارد كه الكترونها در محیط آزمایش با ذرات كمتری برخورد داشته باشند و علاوه بر این آلودگیهای محیط كمتر جذب سطح مورد مطالعه شوند. سایر زمینه‌های مهم استفاده از این روش دربرگیرندة مطالعة روند رشد لایه و تركیب شیمیایی سطح (تحلیل الكترونی) و همچنین آنالیز در راستای عمق نمونه هستند. در مورد آخر لازم است هر مرحله اسپكتروسكوپی الكترون اوژه با اسپاترنیگ‌ متوالی نمونه همراه شود.
1000eV به معنی مشاهدة عمقی به طول 15A است. نمودار جهانی طول پویش آزاد میانگین ( عمق فرار) الكترونها بر
AES یك اسپكتروسكوپی تراز هسته‌ای الكترون‌هاست كه در آن فرایند تحریك الكترون‌ها توسط باریكه‌ای از الكترون‌های فرودی كه از یك تفنگ الكترونی بیرون می‌آیند انجام می‌شود. در نتیجة فرایند اوژه الكترون‌های ثانویه‌ای با توزیع انرژی نسبتاً تیز بدست می‌آیند. این الكترون‌های ثانویه از لحاظ انرژی توسط تحلیلگرهای استانداردی آشكار‌سازی می‌شوند. یكی از این تحلیل‌گرها، تحلیل‌گر آینه‌ای استوانه‌ای(3) است كه در اكثر موارد به كار می‌رود. به دلیل محدودیت درعمق فرار الكترون‌های اوژه، این روش، یك روش آنالیز حساس به سطح است. به عنوان مثال مشاهدة الكترون اوژه‌ای با انرژی

 

شكل(1)نمودار جهانی طول پویش آزاد میانگین ( عمق فرار) الكترونها

 

حسب انرژی در شكل(1) نشان داده شده است. در حالت كلی توسط AES  عمقی در حدود10-30 A2-5keV دارد با یونیزاسیون تراز هسته‌ای (k یاL) و بیرون انداختن یك الكترون، یك حفره در آن تراز ایجاد می‌كند. الكترون فرودی و الكترون تراز هسته‌ای اتم را با انرژی نامعلومی ترك می‌كنند. در نتیجه ساختار الكترونی اتم یونیزه شده بازآرایی می‌شود و در این بازآرایی یك الكترون از ترازهایی با انرژی بالاتر این حفره را پر می‌كند. این گذار با مقداری انرژی همراه است كه می‌تواند به دو صورت پدیدار شود. یا یك فوتون X تابش كند یا اینكه به صورت انرژی جنبشی به یكی از الكترون‌ها انتقال یاید. این الكترون می‌تواند در همان تراز انرژی یا تراز انرژی بالاتری باشد. در نتیجه این الكترون انرژی كاملاً مشخصی موسوم به انرژی اوژه دارد. از آنجا كه انرژی الكترون خروجی مستقیماً به اختلاف را مطالعه كرد. اصول فرایند اوژه در شكل (2) نشان داده شده است. باریكه الكترون فرودی اولیه كه انرژی بین

 

شكل(2) فرایند یونیزاسون تراز هسته ای اتم و بازآریی مجدد اتم كه منجر به تولید پرتو-X یا الكترون اوژه می شود.

 

ترازهای انرژی هسته‌ای اتم بستگی دارد به اندازه‌گیری انرژی این الكترون برای مشخص كردن نوع اتم به كار می‌رود. انرژی الكترون اوژه به صورت زیر مشخص می‌شود:

كه در آن حفرة اولیه در تراز K ایجاد می‌شود، یك الكترون از تراز L1 این حفره را پرمی‌كند و الكترون تراز L2 به صورت الكترون اوژه از سطح خارج می‌شود. در فرایند اوژه همواره دو حفره نهایی بر جای می‌مانند، وقتی اتم در یك جامد قرار داشته باشد، این دو حفره می‌توانند در نوار ظرفیت باقی ایجاد شوند.
در حالت كلی بیشترین شدت كه در فرایند اوژه مشاهده می‌شود مربوط به وضعیتی است كه دو حفره نهایی در ناحیه‌ای با بیشتری چگالی حالت در نوار ظرفیت بوجود آمده باشند.
برای هر عنصری با عدد اتمی خاص یكی از گذار‌های اوژه با بیشترین احتمال به وقوع می‌پیوندد یا به عبارتی بیشترین شدت خروجی را دارد. بر همین اساس در این روش هر عنصر یك انرژی اوژة اصلی و انرژی‌های اوژه فرعی دارد كه همگی مانند اثر انگشت به شناسایی اتم كمك می‌كنند. در شكل (3) انرژی‌های اصلی اوژه برحسب عدد اتمی مشخص شده‌اند. نقاط پررنگ انرژی‌هایی با بیشترین احتمال هستند.

 

شكل(3)انرژی‌های اصلی اوژه برحسب عدد اتمی

 

 تجهیزات استاندارد اسپكتروسكوپی الكترون اوژه به طور شماتیك در شكل (4) نشان داده شده‌اند. این سیستم شامل یك تفنگ الكترونی می‌شود كه باریكه الكترونی با انرژی 2-5keV را تولید می‌كند. یك تحلیل‌گر آینه‌ای استوانه‌ای برای مشخص كردن انرژی الكترون‌های و تعداد آنها ( که معرف غلظت عنصر مورد نظر است) به كار می‌رود. این تفنگ الكترونی معمولاً به صورت هم‌محور با CMA نصب می‌شود. الكترون‌های ثانویه یك زمینة نسبتاً بزرگ دارند و الكترون‌های اوژه به صورت قله‌های نه‌چندان بزرگی روی این طیف زمینه قرار دارند. یك چنین طیفی در شكل(5) نشان داده شده است برای بارزتر شدن وجود

 

شكل(4) شماتیك یك سیستم اسپكتروسكوپی الكترون اوژه با تحلیل گر . CMA

 

شکل(5) زمینه الکترونهای ثانویه و قله های اوژه که روی این زمینه قرار دارند

 

آنها معمولاً از مد مشتق استفاده می‌شود. مطابق شكل الكترون‌های ثانویه توسط میدان قوی بین دو استوانة هم‌محور در CMA به سمت آشكار‌ساز هدایت می‌شوند. به كمك یك تبدیل‌كننده قفلی تعداد الكترون‌ها در واحد انرژی یا به عبارتی ‌‌ الكترون‌ها مشخص می‌شود. برای این كار یك ولتاژ سینوسی به صورت با ولتاژ قوی بین دو استوانه جفت شده و در خروجی CMA تبدیل كنندة قفلی فركانس ω را تشخیص داده و دامنه آن كه همان مشتق جریان نسبت به ولتاژ است را معلوم می‌كند. رابطة آن به صورت زیر است:

معرف مشتق جریان نسبت به ولتاژ یا به عبارتی معرف تعداد الكترون‌ها خروجی بر حسب انرژی است. با رسم یا طیفی بدست می‌آید كه قله‌های مشخصی روی آن قرار دارند. مكان این قله‌ها نوع اتم و شدت قله تا قلة‌ آنها غلظت نسبی عنصر در سطح را معلوم می‌كند.
در شكل (6) یك طیف مستقیم و یك طیف مشتق نشان داده شده‌اند. همان‌ طور كه مشاهده می‌شود هر عنصر می‌تواند بیش از یك قله داشته باشد كه هر كدام مربوط به یك گذار خاص هستند.

 

شكل(6)(a) طیف مستقیم شدت الكترونهای اوژه. (b) طیف مشتق شدت الكترونهای اوژه.

 

تحلیل طیف الکترونهای اوژه:
یک طیف الکترون اوژه اطلاعات متنوعی در مورد سطح لایه مورد مطالعه به دست می دهد. اما اولین اطلاعاتی که می توان به دست آورد نوع عنصر و غلظت نسبی آن عنصر است که به این منظور موقعیت قله اصلی ( قله مربوط به محتمل ترین گذار الکترون اوژه) و همچنین قله های فرعی آن عنصر را باید شناسایی کرد و سپس فاصله قله تا قله پیک اصلی را در رابطه زیر به کار برد در این صورت غلظت نسبی این عنصر در سطح لایه ( عمق شناسایی اوژه) به دست می آید

 

که در آن IA فاصله قله تا قله هر عنصر مورد نظر است و ضریب حساسیت آن عنصر و همچنین جمع در مخرج کسر روی تمام عناصر موجود در طیف صورت می پذیرد. ضرایب حساسیت به نوع عنصر و نیز به انرژی الکترونهای فرودی بستگی دارد. معمولاً برای انرژیهای 3,5,10 keVوجود دارند. در شکل(7) این ضرایب برای 3KeV نشان داده شده اند

 

شکل(7) ضرایب حساسیت اوژه برای انرژی فرودی 3KeV

 

به منظور انجام تحلیل عمق(4) نمونه‌ها، می‌توان یك تفنگ یونی اسپاتركننده در مجاورت CMA نصب كرد و به این ترتیب هم‌زمان با اسپاترنیگ از سطح آنالیز اوژه نیز به عمل آید. با ثبت فاصله قله تا قله پیك هر عنصر بر حسب زمان ( یا تبدیل زمان اسپاترینگ به عمق نمونه با در دست داشتن سرعت اسپاترینگ) رفتار هر عنصر بر حسب عمق مشخص می شود. یك چنین طیفی برای ITO/Si در شكل(8) نشان داده شده است. از اسپكتروسكوپی الكترون اوژه می‌توان الگوی توزیع اتمها در سطح را به صورت یك تصویر نیز مشخص كرد. برای این منظور باریكة فرودی در مراحل مختلفی سطح

 

شكل(8) یك طیف تحلیل عمقی اوژه از ITO/Si بر حسب زمان لایه نشانی.

 

نمونه را جاروب می‌كند و در هر مرحله نقطة خاصی را از لحاظ نوع و غلظت عنصر مشخص می‌كند. نمونه‌های از یك چنین تصویری در شكل (9) نشان داده شده‌اند. سیمای كلی یك سیستم UHV كه به اسپكتروسكوپی اوژه مجهز است در شكل(10) نشان داده شده است.

 

شكل(9) (بالا) تصویر SEM و نقاط تحلیل اوژه (پایین) تصویربرداری اوژه از تركیب Cu-Ag-Sn-Bi

 

شكل(10) سیمای كلی یك سیستم UHV مجهز به اسپكتروسكوپی اوژه
درباره وبلاگ
شناسنامه فارس نانو:
*نام:نانو وایران
*موضوع:سیاسی و علمی
*سازنده: پوریا وطنخواه
*امضا الکترونیکی:105422183117/PVH
*رده سنی وبلاگ : دبیرستانی ها به بالا
*سطح آموزشی:نانو آموزان مقطع متوسط
*تاریخ تشکیل وبلاگ:1389/10/30
آخرین مطالب
نظر سنجی
آیا ایران با این سیر و تکامل علمی آینده مطلوبی خواهد داشت؟






نویسندگان
آرشیو مطالب
پیوند ها
صفحات جانبی
آمار سایت
بازدیدهای امروز : نفر
بازدیدهای دیروز : نفر
كل بازدیدها : نفر
بازدید این ماه : نفر
كل مطالب : عدد
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :
Free Image Hosting At site

مترجم سایت

----------------------------------------

اخبار

------------------------------------




تمام حقوق این وبلاگ و مطالب آن متعلق به فارس نانو می باشد.

دانلود اهنگ

دانلود

دانلود رایگان

دانلود نرم افزار

دانلود فیلم

دانلود فیلم

شادزیست

قالب وبلاگ

لیمونات

شارژ ایرانسل

تک باکس

دانلود نرم افزار