6. Povrchová analýza I+II Flashcards
fotoelektronová spektrometrie (PES)
excitace fotony, detekce elektronů; analýza povrchu pevných vzorků ve vysokém vakuu;
XPS (ESCA) = ozáření vzorku rtg zářením, emise elektronu a detekce intenzity emitovaného elektronu (průnik fotonů k vnitřním elektronům) - separace fotoelektronů podle jejich kinetické energie;
UPS = vyražení valenčního elektronu pomocí UV záření
rozlišení XPS a UPS
XPS používá rentgenku (monochromatické záření) o energiích 200-2000 eV a analyzuje elektrony z vnitřních slupek; UPS používá He výbojku/záření o energiích 10-45 eV a analyzuje valenční elektrony
rentgenová fluorescence a Augerovy elektrony
rtg fluorescence = detekce fotoelektronů podle jejich kinetické energie, měřená závislost XPS;
Augerovy elektrony jsou elektrony projevující se ve stejném spektru, jsou typické pro atomy s nižším atomovým číslem a jejich energie nezávisí na zdroji, projevují se spektru jako extrapík, elektrony nesoucí informaci o původním zdroji (atomu),
procesy po vyražení vnitřního elektronu
excitace fotony i elektrony, dva relaxační mechanismy:
1) zaplnění elektronu z vyšší slupky (rtg fluorescence)
2) vznik Augerova elektronu (vzniklá energie vyzáří jiný elektron)
identifikace signálů Augerových elektronů v XPS
signál lze identifikovat použitím jiného zdroje záření, signály Augerových elektronů nezávisí na zdroji a nezmění se, všechny ostatní signály patřící fotoelektronům se posunou
E(kin) = E(K) - E(L1) - E(L2,3)
jak závisí energie Augerových elektronů na atomovém čísle?
je to rozhodující kritérium, zda vůbec bude takový elektron vyzářen, jinak emise rtg záření; Augery u lehčích prvků, závislost kinetické energie Augerů na atomovém čísle
jaké vlastnosti identifikuje ESCA?
takové, které způsobují chemický posun - oxidační stav, vazbu, elektronegativitu
SIMS (hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů)
informace o elementárním a chemickém složení, excitace a detekce pomocí iontů; působením primárních iontů (zdroj je iontové dělo, paprsek fokusován do bodu na povrchu) vznikají jiné ionty = sekundární (odprášení povrchových atomů ze vzorku a jejich následný záchyt, urychlení a fokusace do MS analyzátoru, jen malá část ionizována)
spektrální interference v SIMS
interference molekul (C4H9 a 57Fe) = molekuly o stejném atomovém čísle, ale odlišná chemická individua; izobarické interference (48Ca a 48Ti); iontové klastry = dvojnásobně nabité ionty dávají signál poloviční hmotnosti; omezení interferencí volbou výkonného analyzátoru
difrakční limit optické mikroskopie
Rayleighův vztah d=0,61*(lambda/NA); mikroskopie vzdáleného pole = laterální rozlišení max 200 nm;
mikroskopické techniky blízkého pole umožňují difrakční limit překročit (pod 100 nm) a SNOM (nano, 30 nm)
konfokální mikroskopie
ozáření bodu na rovině se zaostřením - detekce pouze odraženého záření v ozářeném bodu - potlačení světla z ostatních míst;
výsledný obraz “slepen” z postupného skenování celého vzorku
rozdíl mezi SEM a TEM
SEM = skenovací elektronový mikroskop - směřuje na preparát tenký paprsek elektronů, který dopadá postupně na všechna místa vzorku, vyražení sekundárních elektronů, detektor pod vzorkem - info o povrchu; TEM = transmisní elektronový mikroskop - obraz vytvářen na fluorescenčním stínítku svazkem elektronů prošlým vzorkem, detektor nad vzorkem - info o vnitří struktuře
pět interakcí SEM
1) zpětněodražené primární elektrony (30 keV) - odraz jako důsledek kolize elektronů se vzorkem pod 180°;
2) sekudnární elektrony (5 eV) - interakcí s primárními, část emise energie způsobí emisi elektronu ze slupky;
3) Augery (10 eV - 2 keV) - důsledek relaxace ionizovaného atomu po emisi sekundáru;
4) emise rtg fluorescence - relaxace ionizovaného atomu po emisi sekundáru;
5) katodoluminiscence - elektron-díra, interakce primárů s materiály
tři interakce TEM
1) nerozptýlené elektrony - primární prošlé vzorkem bez interakce;
2) elasticky rozptýlené elektrony - primární při průchodu rozptýleny elasticky, bez ztráty energie;
3) neelasticky rozptýlené elektrony - primární projdou vzorkem a ztrácí energii
STM, AFM, SNOM
STM = rastrovací tunelová mikroskopie - využití tunelového jevu, přiblížení vodivého hrotu k vodivému povrchu vzorku s vložením napětí na hrot, vznik tunelového proudu a signálu; AFM = mikroskopie atomárních sil - rastrování povrchu ostrým hrotem (Si, SiO2,...), analýza i nevodivých vzorků; SNOM = mikroskopie blízkého pole - v nano, hrot sondy velmi blízko povrchu
