docRozpylanie powierzchni - emisja jonów Z. Postawa, „Fizyka
download 
Reklamacja Transkrypt
Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Z. Postawa, „Fizyka
Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Próbka Soczewka Laser Sygnał Rozpylanie Przyspieszanie jonów Detektor Czas Rozpylanie powierzchni Emisja jonów Własności emisji wtórnych jonów Emisja jonów a emisja cząstek neutralnych Modele tworzenia jonów podczas rozpylania Wykorzystanie zjawiska emisji wtórnych cząstek Spektrometria masowa wtórnych jonów – SIMS Spektrometria masowa oparta o desorpcję laserową MALDI Spektrometria masowa wtórnych cząstek neutralnych - SNMS Skład chemiczny powierzchni Mierzymy rozkłady masowe wyrzuconych cząstek Emisja jonów a emisja atomów neutralnych Emisja jonów jest znacznie słabsza niż emisja atomów neutralnych Zależność współczynnika rozpylenia od energii pocisku Emisja jonów a emisja atomów neutralnych Na utworzenie jonu potrzeba dodatkowej energii Inny mechanizm Gaz resztkowy Cząstki neutralne Wtórne jony Atomy odrzutu Zależność wydajności emisji cząstek od ich energii kinetycznej Rozproszone pociski Zależność emisja jonów od energii pocisku jest inna niż dla cząstek neutralnych !! Natężenie (cząstki/pocisk) Natężenie wtórnych jonów (zliczenia) Współczynnik rozpylenia (atomy/pocisk) Jony są emitowane z większymi energiami kinetycznymi Energia Ar+ ( keV) Energia ( eV ) Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 1 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Efekt matrycowy Wydajność jonizacji zależy od otoczenia chemicznego punktu, z którego emitowane są jony Skala logarytmiczna !! Sygnał jonów Si- (jonów/pocisk) Prawdopodobieństwo jonizacji Prawdopodobieństwo jonizacji w funkcji liczby atomowej Koncentracja tlenu na powierzchni Liczba atomowa Współczynnik emisji jonowej silnie zależy od masy atomowej rozpylanego materiału Emisja jonów – modele jonizacji Ogólny model procesu jonizacji jest jeszcze nieznany !!! Przykładowe modele jonizacji cząstek podczas rozpylania: Tlen stymuluje emisje dodatnich jonów Cez stymuluje emisje ujemnych jonów Efekt matrycowy znacznie utrudnia wykorzystanie techniki SIMS do pomiarów ilościowych (wzorce) Model przerywania wiązań Bond-breaking model Układ złożony z silnie elektroujemnych i elektrododatnich cząstek (LiF, SiO2) Podczas rozpylania przerywane są emitowane molekuły MX, które rozpadają się na M+ i X- już poza kryształem (nie ma neutralizacji). ! Model przerywania wiązań ! Model promocyjny ! Model neutralizacyjny ! Jonizacja wtórnymi elektronami Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 2 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Model promocyjny Model promocyjny 2 Schemat poziomów energetycznych kwazimolekuły Al2 Energia poziomu ( eV ) Poziom próżni Pasmo przewodnictwa Al Cząstki muszą się zbliżyć na małą odległość Bardzo duże energie kinetyczne jonów Energia potencjalna Podczas ruchu w kaskadzie zderzeń cząstki zbliżają się do siebie tworząc przez krótki okres czasu kwazimolekuły. Położenie poziomów energetycznych takich „cząstek” zależy od odległości międzyatomowych. Dla pewnych odległości niektóre z tych poziomów mogą się przeciąć. Odległość międzyjądrowa Odległość międzyjądrowa ( A ) Jeżeli odległość pomiędzy atomami jest bardzo mała niektóre poziomy kwazimolekuły mogą znaleźć się w paśmie przewodnictw metalu (elektron z pasma przewodnictwa może przejść na te poziomy tworząc ujemne jony) Rezonansowy model neutralizacyjny Metale składają się z dodatnich „rdzeni” jonowych otoczonych chmurą elektronów swobodnych W punkcie przecięcia może nastąpić przejście z poziomów M+X na poziomy M+ + X- lub poziomy M+ + X+ e- (jonizacja). Czyste metale M. Yu, NIMB 87 (1987) 542 Model rezonansowy Electron tunneling model + Rozpylony „rdzeń” jonowy jest neutralizowany przez elektrony podczas opuszczania powierzchni Tylko szybkie „rdzenie” jonowe znajdujące się w pobliżu powierzchni maja szansę „przeżyć” neutralizacje Energie jonów są większe niż energie analogicznych cząstek neutralnych Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 Ptransferu ~exp(-α Rc) pracy wyjścia maleje → Rc maleje Maleje emisja jonów dodatnich Rośnie emisja jonów ujemnych M. Yu, NIIM B14 (1986) 403 3 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Spektrometria masowa wtórnych jonów Secondary Ion Mass Spectrometry - SIMS Rejestrujemy widma masowe jonów wyemitowanych z powierzchni Zjawiska towarzyszące bombardowaniu jonowemu materiałów wieloskładnikowych • Segregacja (ion induced segregation) Skład chemiczny powierzchni Wiązka jonowa niszczy uporządkowanie powierzchni oraz podnosi lokalną temperaturę T przyspieszając proces segregacji powierzchniowej csB c Bw (γ − γ B )a exp A = (patrz wykład 5) csA c Aw RT Badanie materiałów organicznych Badanie półprzewodników Technika umożliwia uzyskanie czułości analizy nie do osiągnięcia innymi metodami Jedyna technika umożliwiająca badanie składu chemicznego termicznie labilnych molekuł organicznych • Implantacja jonowa (ion implantation) Jony z wiązki pierwotnej są zatrzymywane wewnątrz bombardowanego materiału Założenie: Skład chemiczny bombardowanej powierzchni nie jest zaburzony przez bombardowanie jonowe Modyfikacja składu chemicznego wiązką jonową • Preferencyjne rozpylanie (preferential sputtering) • Mieszanie jonowe (ion mixing) Obszar zmian indukowanych wiązką jonową Preferencyjne rozpylanie Powierzchnia materiału wieloskładnikowego bombardowana wiązką jonową ulega wzbogaceniu w pierwiastek o najmniejszym współczynniku rozpylenia S Układ dwuskładnikowy Jednorodna mieszanina składników a i b o koncentracjach ca i cb w chwili t=0 (o) i po czasie ustaleniu się równowagi (v) cao,, cbo Głębokość erozji Zaburzona warstwa Grubość zmodyfikowanej warstwy ~ głębokości penetracji jonu (4 keV Ar+ w Cu) ~ 8 nm Głębokość ( nm ) Jeżeli współczynnik rozpylenia substancji a wynosi Sa a współczynnik rozpylenia substancji b – Sb to początkowy strumień rozpylonych cząstek będzie się składał z Fa cząstek a i Fb cząstek b: Odległość poprzeczna ( nm ) Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 Fa = Ip Sa ca,v Fb = Ip Sb cb,v Załóżmy, że , gdzie Ip – strumień cząstek bombardujących powierzchnię Sa > Sb w chwili t = 0 Fao > Fbo 4 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Preferencyjne rozpylanie cd. Preferencyjne rozpylanie cd. Warunki równowagi Fa = Fb Sa ca,v = Sa ca,v Model był uproszczony Zmiana koncentracji składników w rozpylonym strumieniu S nie zależy od składu chemicznego Sb c a ,v = Sa c b ,v Czas Założyliśmy, że: 1. Czas Nie ma dopływu cząstek z wnętrza 1. Stan równowagi jest osiągany po rozpyleniu 3-20 warstw Warunek równowagi Koncentracja na powierzchni uległa zmianie S zależy od energii wiązania a ta od chemicznego otoczenia 2. rozpylanie będzie odsłaniało głębsze warstwy, gdzie koncentracja jest inna. zmiana koncentracji poprzez segregacje i mieszanie jonowe Sa c a , 0 c a , v = Sbc b , 0 c b , v Mieszanie jonowe Układy pomiarowe Desorpcja jonowa SIMS i SNMS Desorpcja laserowa MALDI Próbka Soczewka Przyspieszanie jonów Detektor W wyniku bombardowania następuje rozmycie granic rozdziału warstw złożonych z atomów różnego typu. Grubość zmodyfikowanej warstwy ~ głębokości penetracji jonu (2 keV Ar+) ~ 7 nm Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 Układ badawczy składa się z: 1) układu powodującego rozpylenie 2) układu detekcji i analizy masowej Laser Sygnał Zmiana koncentracji składników na powierzchni Czas Zalety: - duża czułość i zdolność rozdzielcza - możliwość obrazowania przestrzennego - niewielka fragmentacja - „nieograniczony” zakres masowy - szybki pomiar (warunki statyczne) Niewielkie zaburzenia wiązką rozpylającą 5 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Układy do pomiaru widm masowych Spektrometry masowe Spektrometr kwadrupolowy Zalety: • prosty w użyciu • niewielkie rozmiary • Kwadrupolowy spektrometr masowy - • Spektrometr magnetyczny U=U0+V cosωt • Spektrometr czasu przelotu + Stałe napięcie U0 Układ wyciągania jonów Próbka Wady: • skanowanie • mała transmisja • ograniczony zakres masowy < 500 amu Cz. radiowa V cosωt d2x ∂U = −q dt 2 ∂x d2 y ∂U m 2 = −q dt ∂y m Kwadrupole Detektor Spektrometr magnetyczny Wiązka jonów Równowaga siły Lorentza i siły odśrodkowej qBv= mv R 2 , gdzie Ostatecznie Widok „z góry” B x x x x x x R x x Elektromagnes Szczelina Równanie Mathieu Trajektorie jonów Przesłony (TDS) Tylko jony o określonym q/m poruszają się po stabilnych trajektoriach Spektrometr czasu przelotu Zalety: •duża masowa zdolność rozdzielcza Wady: • duże rozmiary • brak równoczesnego pomiaru wielu mas Jeżeli d << L to czas przelotu t jonu o masie m i ładunku q przyspieszonego polem elektrycznym U wynosi v= 2E 0 m (q B R ) 2 m= 2 E0 2 E0 m qB= R t= L = v L = 2 E kin m L 2qU m Mierząc t znajdujemy m Zmieniamy indukcję pola magnetycznego B zmieniamy m Bardzo dobry do pomiarów w warunkach dynamicznych Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 Zalety: • duża transmisja • nieograniczony zakres masowy • równoczesny pomiar wszystkich mas gdzie L – droga przelotu, Ekin – energia kinetyczna a v – prędkość jonu. m= t 2 2qU L2 Wady: • konieczność uzyskania krótkich impulsów jonowych (~1ns) i pomiaru szybkich przebiegów 6 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Widmo czasu przelotu dS dt a widmo masowe Widmo czasu przelotu dS dm Widmo masowe Dokładność pomiaru masy Duża zdolność rozdzielcza Zdolność rozdzielcza Masa ( amu ) Mała zdolność rozdzielcza Czas [100 ns] Masa ( amu ) dS = dS E= ml2 2t 2 Nieoznaczoność masy ∆m dS dS dt (m) = (t) • dm dt dm dt 1 ∝ gdzie: dm t m- masa cząstki dS dS 1 (m) = (t ) • dm dt t ∆t~1 ns, t~10µs, ∆U~10eV, U~10 keV, ∆L~0.5 cm, L~2 m ∆m 2∆t ∆U 2∆L = + + m t U L l - droga przelotu t - czas przelotu 2 ⋅1 10 2 ⋅ 0.1 ∆m = + + = 2 ⋅ 10− 4 + 1⋅10−3 + 2 ⋅10− 4 m 10000 10000 200 ∆m najlepszych przyrządów ~ 8 104 m Układ reflektronowy Spektrometria masowa wtórnych jonów Reflektron jest układem równooddalonych siatek, do których przyłożono odpowiednio dobrane potencjały hamujące (odbijające) jony 0 E1 > E2 U E1 E2 Czas przelotu jonu w obszarze bez pola tswobodny Dla E1 > E2 tswobodny(E1) < tswobodny(E2) Rozmycie energetyczne Pomiar dynamiczny Duże dozy cząstek rozpylających Pomiar kończy się po usunięciu wielu warstw (profilowanie głębokościowe) Badamy powierzchnię zmodyfikowaną tref(E1) > tref(E2) Pomiar statyczny Małe dozy cząstek rozpylających Pomiar kończy się przed usunięciem 1 warstwy Małe uszkodzenia i niewielka modyfikacja powierzchni Można dobrać gradient pola w reflektronie by tsvonodny(E1) + tref(E1) = tswobodny(E2)+ tref(E2) dla pewnego zakresu E Pozbywamy się efektów związanych z rozmyciem początkowej energii kinetycznej jonu Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 7 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Pomiar w warunkach statycznych Spektrometria w warunkach dynamicznych Problemy – wpływ dozy rozpylających czastek 8 keV Ar -> Czas życia 1 warstwy τ Na powierzchni znajduje się ~ 1015 cząstek/cm2 (patrz wykład 1) µA/cm2, Cienkie warstwy (~ML) Grube warstwy ( >100 ML ) , gdzie A – powierzchnia bombardowanej warstwy 1.5 współczynnik rozpylenia S=1 a powierzchnia A= 1cm2 1015 cz / cm 2 1cm 2 τ = −6 × = 161 s 18 10 6.2 ⋅10 cz / s 1 Typowy czas pomiaru 20 min (1200 s) Warunki statyczne usunięcie 0.01 warstwy I0 < 1 nA/cm2 Sygnał ( jednostki umowne ) Załóżmy, że I0 = 1 1015 A × I0 S Sygnał ( jednostki umowne ) τ= 1 Podłoże (111)Ag Matryca glicerynowa 0 0 1.0 0.0 1 2 14 2 Doza jonowa x 10 ( jonów/cm ) Kwas piromasłowy Tryptofan Toluen 0.5 0 5 10 15 2 Doza jonowa x 10 ( jonów/cm ) Należy używać niewielkich prądów (doz) wiązek rozpylających W warunkach statycznych prawdopodobieństwo dwukrotnego uderzenia w to samo miejsce jest zaniedbywanie małe ( 1 jon o E = 4 keV zaburza obszar ~ 10 nm2 ) Zmiana koncentracji na powierzchni Zmiana składu chemicznego (energii wiązania) Rejestrujemy prawdziwy skład chemiczny powierzchni Warunki dynamiczne – czy zawsze są złe ? Profilowanie głębokościowe Zależność szerokości profilu od głębokości profilowania Prawdziwa koncentracja Badany obszar Natężenie I(t) Koncentracja c(z) % Krater Powierzchnia próbki Mierzona koncentracja Koncentracja Indu ( X )) Tor wiązki Koncentracja Indu ( X )) Pomiar sygnału jonowego w trakcie erozji badanego materiału wiązką jonową Funkcja błędu Głębokość ( mikrometry ) Czas rozpylania t Głębokość z Profil nie jest ostry ze względu na implantacje i mieszanie jonowe Przemysł mikroelektroniczny Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 Głębokość ( mikrometry ) Profilowanie głębokościowe struktury In0.05Ga0.95As utworzonej na GaAs wiązką 5 keV Ar+ J. C. Vickerman at al., Surface Analysis-The Principal Techniques 8 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Przykłady profilowania Natężenie wtórnych jonów (zliczenia/sek) Natężenie wtórnych jonów (zliczenia/sek) 5 keV Pomiar ilościowy w SIMS Ar+ Czas rozpylania (sekundy) 1500 Å Pd na Si J. C. Vickerman at al., Surface Analysis-The Principal Techniques Liczba jonów Imjonów m emitowanych z powierzchni bombardowanej strumieniem cząstek Imjonów = I0 Sm α+ cm η I0 – strumień cząstek rozpylających Sm – współczynnik rozpylenia α – prawdopodobieństwo dodatniej jonizacji (wytworzenia dodatniego jonu) cm – koncentracja cząstek m na powierzchni η – transmisja układu pomiarowego. Czas rozpylania ( s ) Kanapka z warstw W i Si o grubości 9 Å Współczynnik wtórnej emisji jonowej (zliczenia/s) Parametr α jest nieznany i bardzo silnie zależy od stanu chemicznego powierzchni Pomiar ilościowy jest bardzo mało dokładny A. Wucher at al. Widmo masowe LiF 1.3 keV -> LiF , gdzie Kryształ jonowy Przykładowe widmo masowe Stal nierdzewna W dodatnim widmie dominują elektrododatnie składniki (Li) Widma są bardzo bogate Emisja cząstek spada z masą fragmentów Możliwość identyfikacji izotopów W ujemnym widmie dominują elektroujemne składniki (F) m/z Estel at al., Surf. Sci., 54 (1976) 393 Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 9 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Przykładowe widma masowe SiO2 Czułość spektrometrii SIMS Zależność sygnału B w funkcji koncentracji B w matrycy Si 8 keV O2+ -> Koncentracja boru B zaimplantowany w Si Jony dodatnie - sygnał boru Głębokość ( µm ) Jony ujemne Czułość poniżej 1 cząstka boru na miliard cząstek Si Widmo masowe węglowodorów Fragmentacja polistyrenu Fragmentacja molekuł Widmo masowe polistyrenu a) 20 fs Zderzenie z szybkim atomem rozbija molekule i tworzy energetyczne atomy węgla Przykładowe kanały prowadzące do rozpadu c) 110 fs Swobodny ruch C6H5, C7H7 i C8H8 w kierunku próżni (M+H)+ W widmie jonów dodatnich dominują cząstki W widmie jonów ujemnych dominują cząstki (M-H)- Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 b) 30 fs Kolizja C z inną częścią molekuły i dalsze jej rozbicie 10 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Zmniejszenie stopnia fragmentacji Wpływ podłoża Podczas uderzenia molekuła jest wzbudzana na wyższych stopień wibracyjny Fenyl w matrycy glicerynowej Fenyl na (111)Ag - cienkie warstwy na podłożach metalicznych - zanurzenie badanych molekuł w ciekłej matrycy - użycie promieniowania, które nie będzie oddziaływać z badanymi molekułami - MALDI Sygnał ( jednostki umowne ) Stopień fragmentacji można zmniejszyć przez zmniejszenie energii zderzenia prowadzącego do jonizacji i emisji molekuł: 1.0 Sygnał ( jednostki umowne ) 1 Rozpad molekuły 0 0.01 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.1 1 10 Energia kinetyczna ( eV ) Wpływ podłoża na widma masowe 0.9 Podłoże (111)Ag Matryca glicerynowa 0 1 2 2 Doza jonowa x 1014 ( jonów/cm ) Układ przestrzennego obrazowania składu chemicznego powierzchni Podłoże (111)Ag Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 11 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Obrazowanie układów elektronicznych Obrazowanie biologiczne phospholipid head (polar) phospholipid tail (nonpolar) Obraz przestrzenny 2D błony komurkowej po fuzji przed fuzją Źródła ciekłometaliczne (źródło galowe) Detekcja cząstek neutralnych Gal ma niską temperaturę topnienia i niewielką energię jonizacji Jonizacja następuje w wyniku wyrwania elektronu silnym polem elektrycznym na końcu ostrza Ekstraktor Poziomy elektronowe Pojemnik z GA Bezpośrednia detekcja neutralnych cząstek nie jest możliwa Igła Grzejnik Cząstki neutralne muszą zostać zjonizowane Jonizacja powierzchniowa Jonizacja elektronowa Jonizacja laserowa Ciekły metal Igła Stożek Tylor’a Ekstraktor Doskonałe ogniskowanie < 70 nm Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 12 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Termiczna jonizacja powierzchniowa Jonizacja strumieniem elektronów M + e- → M+· + 2eSchemat jonizatora elektronowego Gorąca powierzchnia Elektroda odpychająca elektrony Grzane włókno Energia Równanie Sacha-Langmuir’a Poziom próżni n jon I−ϕ ~ exp n neutral k BT Energia jonizacji I Praca wyjścia ϕ Poziom Fermiego Jonizowany poziom Metal , gdzie njon ,nneutr – liczba jonów i czastek neutralnych I – potencjał jonizacji ϕ – praca wyjścia z metalu T – temperatura (~2500 K) kB – stała Boltzmann’a Zaadsorbowany atom Magnes Pułapka e- Vprzysp Ogniskowanie Do analizatora Wydajność jonizacji jest bardzo mała z wyjątkiem atomów alkalicznych, które mają mały potencjał jonizacji I Prawdopodobieństwo jonizacji Widma masowe gazów resztkowych w komorze próżniowej + Zależność wydajności jonizacji od energii elektronów H 2O + E. jonizacji ( eV ) 10 28 + (CO ; N2 ) 4 ΣN-liczba zlicze ń*10 + 1 32 44 0.1 O2 + CO2 20 30 40 50 60 70 Energia [eV] 80 90 100 H2O 12.6 CO2 14.4 + 0.01 10 OH 35 Cząsteczka 110 R ys .2.1.2 .W yd a jn oś ć p ro ce s u jon iz a c ji d la g a z ów re s ztkowych w za le ż no ś c i o d e ne rg ii wią zki e le ktro no we j w jo niz a torz e kwa d rup olowe g o s p e ktrome tru ma s owe g o C6H6 9.6 + O + N + CH2 + 15 CH C 10 5 O2 12.5 0 Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 CH3 + 20 15.5 Jonizacja elektronowa jest mało wydajna. Prawdopodobieństwo jonizacji ~10-4 (maksimum ~3 Ejonizacji) Silna fragmentacja molekuł NH 25 N2 M. Jurczyk, R. Karabowicz, IFUJ + 30 ΣN- liczba zliczeñ*104 18 H2O 40 Energia jonizacji wybranych cząsteczek + (H2O)H F + + + C3H7 + Ne + C2H5 + D2O + FH + C3H6 + 2 N + + CO C2H6 C3H + + C2H3 + + C2H2 NO + 5 + CO2 + C3H8 + + 7 C2H C3H9 + C3H4 + O2 + NO2 + C3H3 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 m/z Rys.2.1.1. Widmo masowe gazów resztkowych uzyskane dla energii elektronów 55 eV w jonizatorze kwadrupolowego spektrometru masowego M. Jurczyk, R. Karabowicz, IFUJ 13 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Jonizacja laserowa Jonizacja rezonansowe Schemat jonizacji rezonansowej Ag Schemat jonizacji atomów Ag Jonizacja nierezonansowe Energia Poziom wirtualny Poziom jonizacji • „mało” wydajna • nieselektywna • wydajna • selektywna Rejestracja wybranych cząstek Rejestracja wszystkich cząstek (widma masowe) Jonizacja laserowa jest wydajna. Prawdopodobieństwo jonizacji rezonansowej ~1 Fragmentacja molekuł występuje przy dużych energiach i dużym strumieniu fotonów Można badać emisję cząstek w poszczególnych stanach kwantowych Zależność wydajności jonizacji od gęstości mocy lasera Zalety spektrometrii masowej neutralnych cząstek Duża wydajność Minimalny efekt matrycowy Proporcjonalność pomiędzy koncentracją a mierzonym sygnałem Natężenie (zliczenia/s) Sygnał ( j.u.) Przejście jednofotonowe Gęstość mocy lasera (W/cm2) Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 Możliwość łatwego przeprowadzenia analizy ilościowej Koncentracja cx 14 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Pomiar ilościowy w SNMS Wpływ rodzaju jonizacji na widma masowe Jonizacja elektronowa Liczba jonów Imjonów m emitowanych z powierzchni bombardowanej strumieniem cząstek Imjonów = I0 Sm α0m cm η (1 − α0m - α0m) , gdzie Jonizacja femtosekundowa zachodzi w czasie krótszym niż wynosi czas reakcji molekuły I0 - strumień cząstek rozpylających Sm – całkowity współczynnik rozpylenia α0m – prawdopodobieństwo dodatniej jonizacji α+m, α−m – prawdopodobieństwo emisji wtórnych jonów dodatnich i ujemnych (<< 1) cm – koncentracja cząstek m na powierzchni η – transmisja układu pomiarowego. Jonizacja laserowa ns Najmniejsza fragmentacja fs Parametr α0m można łatwo określić W warunkach równowagi Stot = ∑ Sm i m c i I i α 0 j η0 j = c j I j α 0 i η0 i ∑c m = 1 . Ostatecznie: m Przy nasyceniu α0 = 1 Desorpcja laserowa MALDI 1. 2. 3. Badaną substancję (która nie pochłania światła laserowego -> dobrać długość fali) zanurzamy w matrycy, która będzie absorbować promieniowanie laserowe. Laser wprawia bezpośrednio w ruch tylko cząstki matrycy. Emisja i jonizacja (chemiczna) badanych cząstek następuje w wyniku oddziaływania z cząstkami matrycy. Takie zderzenia są niskoenergetyczne i nie prowadzą do fragmentacji molekuł. Matrix Assisted Laser Desorption MALDI Widmo insuliny a) matryca (2,5-DHB); b) Podłoże Si L. Zhigilhei at al., Phys.Chem B 101 (1997) 2028 • Wu and Odom., Anal. Chem. 68 (1996) 873 Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 15 Rozpylanie powierzchni - emisja jonów Co za tydzień ? Układy mezoskopowe – czym są i do czego mogą się nam przydać ? Własności układów mezoskopowych Modyfikacja „rozmiarowa” struktury elektronowej powierzchni Rodzaje wzrostu cienkich warstw Sposoby wytwarzania cienkich warstw " Epitaksja z wiązki molekularnej " Depozycja par chemicznych (Chemical Vapour Deposition) Z. Postawa, „Fizyka powierzchni i nanostruktury”, Kraków 2001 16
