Локальный анализ

ЛОКАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ, определение хим. состава микрообъемов или тонких слоев твердого тела. Осн. метрологич. характеристика - локальность, т.е. площадь или объем области, в к-рой возможно обнаружение или определение хим. элемента с заданной погрешностью. Размер этой области по глубине наз. продольной локальностью (L_||), вдоль пов-сти -поперечной (L_^). Анализ с низкими значениями L_|| и высокими L_^, осуществляемый на разл. глубине, наз. послойным. Объектами локального анализа могут быть: реальная пов-сть (L_|| = 1-10 нм); субмикронный слой (L_|| = 10-1000 нм); поверхностный слой (L_|| = 1-100 мкм); субмикронное включение (L_^ = 10-1000 нм); микровключение и микроучасток (L_^ = 1-100 мкм). Реальную пов-сть анализируют методами оже-спектроскопии, рентгеноэлектронной спектроскопии, спектроскопии рассеяния медленных ионов (см. Ионного рассеяния спектроскопия), масс-спектрометрии вторичных ионов в статич. режиме (см. Ионный микроанализ). Обычно анализ проводят в высоком вакууме (10^-7-10^-8 Па) с помощью установок, позволяющих одновременно использовать неск. аналит. методов. В тех же установках проводят разрушающий послойный анализ субмикронных и поверхностных слоев, удаляя слои ионным травлением, лазером, искровым разрядом, хим. или электрохим. растворением. Затем определяют элементы в газовой фазе, р-ре или на протравленной пов-сти. Локальный анализ субмикронных и поверхностных слоев проводят методами рентгеноспектрального анализа (см. Электронно-зондовые методы), катодолюминесцентного микроанализа, спектроскопии рассеяния быстрых ионов (резерфордовского рассеяния), масс-спектрометрии вторичных ионов в динамич. режиме, оже-спектроскопии и др. При послойном анализе субмикронных слоев без разрушения образец бомбардируют заряженными частицами (электронами, ионами). В зависимости от их энергии меняется глубина, на к-рой происходят процессы, приводящие к появлению аналит. сигнала - рентгеновского излучения, резонансных ядерных р-ций, резерфордовского рассеяния и др. Послойный анализ можно также проводить, варьируя угол отбора, т.е. угол, под к-рым к исследуемой пов-сти располагается приемник аналит. сигнала.

Для количеств. послойного анализа экспериментально измеряют зависимости аналит. сигнала от угла его отбора, энергии бомбардирующих частиц, массы удаленного слоя и времени травления, на основании к-рых получают зависимость концентрации определяемого элемента от глубины слоя. При этом пользуются расчетными или более точными эмпирич. методами. В первом случае необходима теоретич. модель взаимодействия возбуждающих частиц с исследуемым образцом, во втором случае нужны образцы сравнения, в к-рых определяемый элемент м.б. распределен равномерно или иметь заданное неоднородное распределение (ионнолегированные образцы, гетероструктуры). При анализе многослойных гетероструктур необходимо учитывать влияние гетерог. фона и фазовой интенсивности. Гетерог. фон связан с генерированием аналит. сигнала (напр., вследствие рассеяния электронов, флуоресцентного возбуждения) в соседней с анализируемой фазе. Величина сигнала - ф-ция расстояния от границы между фазами. Hаиб. высокие систематич. погрешности могут возникать, если концентрация определяемого элемента в соседней фазе существенно больше, чем в анализируемой. Фазовая интенсивность обусловлена резким изменением аналит. сигнала в соседних фазах (слоях), к-рое возникает вследствие различия в специфич. эмиссионных характеристиках этих фаз (как, напр., в случае реакц. эмиссии вторичных ионов) и не зависит от содержания определяемого элемента в них. Систематич. погрешности при этом устраняют расчетными или эксперим. приемами. Локальный анализ субмикронных включений проводят с помощью растрового или просвечивающего электронного микроскопа (см. Электронная микроскопия), оснащенного спектрометрами, регистрирующими рентгеновское излучение, эмиссию оже-электронов, характеристич. потери энергии первичных электронов и т.д. Миним. локальностью (L_^ = 1-5 нм) обладают методы спектроскопии характеристич. потерь энергии электронов. Локальный анализ микровключений и микроучастков осуществляют электронно-зондовыми методами, ионным микроанализом и др. Oтносит. пределы обнаружения элементов в локальном анализе сильно зависят от применяемого метода (от 10^-6% в масс-спектрометрии вторичных ионов до 10^-1% в оже-спектроскопии) и от локальности определений. Однако абс. пределы обнаружений мало зависят от локальности и составляют для мн. методов 10^-14-10^-16 г, а в методах спектроскопии характеристич. потери энергии электронов достигают 10^-20 г. Наряду с элементным локальным анализом возможен фазовый, дающий информацию о характере хим. связей в микрообъемах анализируемого в-ва. Для этого используют методы, сочетающие предварит. хим. или электрохим. обработку пов-сти твердых тел с послед. определением элементов методами рентгеноэлектронной спектроскопии, комбинационного рассеяния спектроскопии и др. Напр., субмикронные поверхностные слои окисляют, а затем анализируют методом катодолюминесцентного микроанализа. Аппаратура для локального анализа включает устройство для локального отбора пробы или облучения микрообъема образца (ионная или электронная пушка, лазер и т. п.), спектрометр и систему количеств. обработки аналит. сигнала, как правило содержащую ЭВМ. Локальный анализ используют при исследовании распределения элементов по глубине и пов-сти образца, идентификации микрофаз, контроля загрязнений пов-сти твердых тел.

Методы анализа поверхностей, пер. с англ., М., 1979; Гимельфарб Ф. А.. Шварцман С. Л., Современные методы контроля композиционных материалов, М., 1979; Черепин В. Т., Васильев М. А., Методы и приборы для анализа поверхностных материалов. Справочник, К., 1982; Нефедов В. И., Черенин В. Т., Физические методы исследования поверхности твердых тел. М., 1983; Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, пер. с англ., М., 1984. Ф. А. Гимельфарб.

Читайте еще

Методы структурного анализа в химии

Рентгеновский структурный анализ — принципы и применение

Физические методы анализа в химии

Электронно-зондовые методы исследования

Физико-химические методы анализа в химии

Следов анализ — методы и применение

Спектральный анализ — принципы и применение

Ультрамикроскопия — метод наблюдения коллоидных частиц

Фотометрический анализ — основы и методы

Элементный анализ — методы и применение

Спектроскопия отражения — методы и применение

Масс-спектроскопия — принципы и применение