REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Masna spektrometrija sekundarnih ionov z analizatorjem na čas preleta (ToF-SIMS) je vsestransko uporabna metoda, namenjena analizi površin in tankih plasti. Daje informacije o elementarni, molekularni in izotopski sestavi, ima zelo nizko mejo detekcije in visoko lateralno ločljivost, je hitra in uporabna za vse vzorce, ki so kompatibilni z vakuumom, in omogoča analizo zgornjih nekaj atomskih plasti, globinsko profiliranje ter določanje razporeditve analitov po površini vzorca. Kljub temu ima tudi pomanjkljivosti, med katerimi prevladuje matrični efekt. Gre za vpliv substrata, v katerem se analit nahaja, na intenziteto signalov sekundarnih ionov, ki izvirajo iz analita. Efekt je dovolj močan, da vpliva na meje detekcije, preprečuje izvedbo kvantitativne analize in povzroča probleme pri razlikovanju sorodnih spojin.
Zaradi problematičnosti matričnega efekta je bilo razvitih več pristopov k zmanjševanju tega efekta. Mednje sodi vpuščanje plinov v analitsko komoro in ta pristop smo v okviru študije raziskali. Prisotnost reaktivnih plinov med SIMS analizo namreč znatno spremeni izkoristke ionizacije različnih sekundarnih ionov, kot tudi povzroči nastanek klastrskih sekundarnih ionov. Večina predhodnih raziskav pa je vključevala zgolj vpuščanje O2, medtem ko drugih plinov skoraj niso uporabljali. V prvem delu raziskave smo preučili vpliv H2, C2H2, CO in O2 na rezultate globinskega profiliranja tankih plasti kovin, kovinskih oksidov in zlitin. Uporaba H2, C2H2 in CO je novost na področju metode SIMS, ki jo je vpeljala naša raziskovalna skupina. Največje izboljšave v primerjavi z ultra-visokim vakuumom (UHV) smo opazili ob uporabi H2. Razlikovanje med različnimi plastmi je postalo lažje in identifikacija teh plasti nedvoumna; meje med plastmi so postale ostrejše in izboljšala se je globinska ločljivost. Poleg tega ni bilo prisotnega zmanjšanja hitrosti odprševanja, ki smo jo zaznali pri vseh drugih plinih. Optimalne rezultate smo dobili prek analize kovinskih klastrskih ionov (Mn-), kovinskih hidridov (MnHm-) in kovinskih oksidov (MnOm-). Vpuščanje H2 v analitsko komoro med analizo je metodo ToF-SIMS izboljšalo v dovoljšni meri, da lahko ta pristop apliciramo za rutinske meritve.
Nadalje smo raziskali tudi druge procese, do katerih pride med odprševanjem delcev v UHV in H2 atmosferi. Topografske meritve z mikroskopom na atomsko silo (AFM) so potrdile, da so nekatere izboljšave na področju SIMS profiliranja dosežene zaradi zmanjšane stopnje povečevanja hrapavosti površine med globinskim profiliranjem v atmosferi H2. Med globinskim profiliranjem namreč pride do kontinuirnega odstranjevanja delcev, ki ga povzroči dolgotrajno obstreljevanje s primarnimi ioni. Posledica tega je pretvorba začetno gladke površine v bolj hrapavo in ta proces lahko v precej primerih upočasnimo, če med globinskim profiliranjem v analitsko komoro vpuščamo H2. Opazili pa smo tudi, da jedkanje s snopom Cs+ ionov z energijo 1 keV lahko začetno hrapavo površino naredi ob dovolj dolgotrajnem jedkanju bolj gladko.
V zadnjem koraku smo raziskali še sposobnost kvantifikacije kemične sestave vzorcev s SIMS metodo v UHV in O2 ter H2 atmosferah. Analizirali smo čiste kovine in različne zlitine, ki so te kovine vsebovale. Rezultati, dobljeni v UHV, so pokazali najmanjši potencial za kvantifikacijo. Vpuščanje O2 je rezultate znatno izboljšalo, vendar odstopanja intenzitet izmerjenih SIMS signalov od točnih vrednosti kemične sestave še niso bila optimalna. Izboljšave, dosežene z uporabo H2, so omogočile nadaljnjo optimizacijo predvsem v primeru prehodnih kovin, ki so bile v primeru naše raziskave Ti, Cr, Fe, Co in Ni. Analize teh kovin v atmosferi H2 so pokazale največ 46 % odstopanje od točnih vrednosti elementarne sestave zlitin. V primeru atmosfere O2 je bilo maksimalno odstopanje 66 % in v primeru UHV 228 %.
Naši rezultati tako nakazujejo, da se prek adsorpcije molekul plina na površino vzorca ustvari novo kemijsko okolje, ki zmanjša začetne razlike med kovinami in različnimi zlitinami ter s tem elektronskimi lastnostmi površine. S pomočjo vpuščanja H2 lahko tako izboljšamo kvantitativne lastnosti metode SIMS.