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Espectroscopia de      Superficies         Javier García Molleja
   Iones de energía ~keV no penetran muy    profundamente, por lo que sirven para    analizar superficies.   La técnica ...
   Con analizadores precisos, LEIS otorga    mucha   información   de   la  primera    monocapa.Dispersión de         ion...
 Las relaciones cinemáticas se cumplen en LEIS  (conservación de la energía). La resolución de masa depende de la resolu...
Dispersión de    iones   de   bajaenergía (LEIS)
 El análisis cuantitativo es posible si el  potencial de dispersión es conocido. La resolución de la masa mejora usando ...
 La pérdida energética de iones ligeros  sigue un patrón definido. (dE/dx) o      sirven para determinar la  composición...
Perfiles   de   profundidad   condispersión de Rutherford
   El haz pierde energía conforme penetra en el    sólido.   Una vez que se dispersa un proyectil pierde    energía hast...
 El   cociente    entre     alturas  da la  composición de la capa. El rendimiento es casi el producto de la  señal de l...
Perfiles   de   profundidad   condispersión de Rutherford
 El sputtering erosiona la superficie, por lo  que podemos estudiar su composición a  partir de las especies eyectadas. ...
 El haz se focaliza al cráter de la superficie. Los espectros son de mucha complejidad.Espectrometría de masas de ioness...
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   El rendimiento de los iones secundarios es    muy sensible a la presencia de iones en la    superficie del blanco pudi...
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Espectrometría   de   masas   deneutros secundarios (SNMS)
 El factor de postionización depende de los  parámetros del plasma, la ionización por  impacto electrónico y el tiempo de...
 Si el factor de postionización no depende  de la muestra la calibración es fácil. SNMS tiene una sensibilidad similar a...
 Explica la interacción del haz iónico con la  estructura atómica superficial. Se calcula la sombra creada por la  dispe...
 La distribución de flujo del segundo átomo  bajo el cono de sombra es muy abrupta. La curvatura ocurre dentro de una  d...
 La intensidad de dispersión del segundo  átomo es la superposición de la  distribución gaussiana de su posición con  la ...
   Con canalización se suprime la dispersión de    un sustrato de cristal puro.   No    se     suprime   la   dispersión...
 Estirando la escala de profundidad  aumentan las dispersiones en un espesor  dado. Se elimina el efecto de la masa del ...
 Las    espectroscopias     electrónicas se  utilizan para caracterizar los diferentes  modos de crecimiento. Se irradia...
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   Se obtiene información en la pérdida de    energía de electrones cuando atraviesan una    muestra o se reflejan.   EE...
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 En el espectro domina el plasmón másico. Esta resonancia involucra a todos los  electrones de valencia. El plasmón ent...
 EELS      excita    también    electrones  internos, cuyos electrones sobrepasan  entonces el nivel de Fermi. Con esto ...
   Las diferencias de altura en los escalones    en el espectro de pérdidas ayuda a    conocer la concentración.Espectros...
   Cuando       un      electrón    incidente de dispersa de    una     fila  ordenada     de    átomos su dispersión cre...
 En una pantalla que interseque las líneas  observaremos manchas que pueden ser  indexadas. Se pueden evitar electrones ...
   LEED revela la periodicidad de los átomos de    la superficie y la simetría global de esta, no    la posición atómica ...
 Se    pueden     combinar     técnicas    de  determinación de fase con las de  determinación de la composición. Con ra...
 Se mejora la resolución angular y los  datos estructurales son más exactos. La exposición ha de ser larga por su baja  ...
 Para películas delgadas se necesita haz  monocromático incidiendo en rasante. En el difractómetro de Seemann-Bohlin  lo...
Difracción de rayos X con ángulooblicuo
   Si se analiza un policristal se captarán anillos    en una cámara de Read.   La posición angular permite la identific...
   Los rayos X nos permiten determinar el    espesor durante el crecimiento, así como el    compuesto que se deposita.  ...
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 Para monocristales el patrón de difracción  en TEM son manchas. Para policristales texturados se tiene la  superposició...
Microscopía   de   transmisiónelectrónica
 La estructura se determina a partir de  tablas o programas informáticos. Si se irradia con iones de rango mayor  que el...
 Es uno de los tres procesos que provocan  la atenuación de un haz fotónico al entrar  en un sólido. Otro      efecto   ...
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 Es de gran trascendencia el coeficiente  de absorción / , que depende de la  energía. Los espectros de absorción de ray...
   Se varía la energía de rayos X para    completar el estudio.Absorción de rayos X
 Se ha de trabajar con fotones de energía  mayor a la de ligadura. Se puede usar este efecto como filtro para  dar lugar...
 Por encima de las cimas de absorción se  revela la estructura fina del átomo. Se observa una región oscilante en la  ab...
 Se sondean 0,6 nm alrededor de cada  especie. Es necesario para EXAFS usar radiación  sincrotrónica por la intensidad d...
   El electrón saliente posee una función de    onda esférica.   Las    ondulaciones    llegan  al   átomo    vecino, do...
 La oscilación sinusoidal depende de las  distancias interatómicas y del cambio de  fase. Conociendo la intensidad y hac...
 Consta de un cuanto de energía  transferido a un electrón ligado. Este, si recibe la energía suficiente,  emergerá a la...
   La   fuente    son     fotones obtenidos    al    bombardear con electrones blancos de Mg o    Al.   Hay que consider...
Espectroscopia fotoelectrónica derayos X (XPS)
 Como      detectores     no      se  utilizan los espectrómetros  electrónicos       de      campo  magnético. En     l...
 Las intensidades o el área de los picos  dependen de la sección eficaz, de la  longitud de onda, del espectrómetro, de l...
 La probabilidad de que el fotoelectrón  salga del sólido sin colisiones es una  exponencial decreciente. No todos influ...
 La intensidad del pico posibilita un análisis  químico que se simplifica si la eficiencia  no cambia. Los     cálculos ...
   Con un haz de electrones se excita una    pequeña región superficial.   La radiación X emitida por la muestra    sond...
   Los cambios químicos no afectan la    energía de ligadura puesto que los niveles    involucrados         son         a...
 Hay que atender a la anchura de las  líneas energéticas. Su   origen está en el principio de  incertidumbre de Heisenbe...
 EMA puede identificar los elementos de  Z>10. El límite de detección es 50-100 ppm. La exactitud de EMA se sitúa en to...
 Muestra y patrón han de medirse bajo las  mismas condiciones. Conociendo K y la concentración de la  muestra      patró...
 La ecuación considera  el cambio de sección  eficaz       con      la  profundidad debido a  pérdida energética de  elec...
 La ionización de capas internas depende  del campo eléctrico generado por una  carga que pasa cerca. Protones y electro...
   Con PIXE se obtiene en función de la    energía y la masa del protón una curva    universal para las secciones eficace...
   La sección eficaz de producción de rayos X se    relaciona con la de ionización mediante el    rendimiento de fluoresc...
   Una pistola electrónica genera un haz que    crea vacancias que son ocupadas por    electrones externos.   La energía...
Espectroscopia   electrónica   deAuger
 El límite de detección de impurezas (1000  ppm) depende de la resolución y el nivel  de ruido. La diferenciación se rea...
 El rendimiento para un átomo libre  depende de la sección eficaz de ionización  por impacto electrónico y la probabilida...
   AES sirve para determinar la composición en    función de la profundidad.   Se recurre al uso de sputtering para anal...
 AES             detecta  contaminantes en la  superficie e interfase  que puedan afectar a  las         reacciones  quím...
   Es una técnica sensitiva y no destructiva para    detectar trazas de elementos de una    muestra.   Se bombardea el n...
 La curva de decaimiento de una muestra  de    varios    componentes     es  una  superposición     de    los decaimiento...
Análisis de activación
 Se detectan los productos de la reacción  nuclear mientras se realiza la irradiación. No llega a los límites de detecci...
   En el método de análisis de la energía se    usa un haz donde su energía afecta la    sección eficaz de colisión.   S...
   La reacción también puede inducirse con    partículas cargadas.   Su energía debe superar la barrera de    Coulomb. ...
 Se relaciona la energía y la profundidad. Conociendo la sección eficaz y el factor de  reacción se determina el perfil ...
   El método de resonancia varía la energía    del haz hasta encontrar un pico en la sección    eficaz.   En la resonanc...
   Los análisis minuciosos tienen en cuenta    toda la sección eficaz y la diseminación.   La curva de rendimiento se pu...
Análisis de radiación inmediata
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Espectroscopia de superficies

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Oral presentation at "Espectroscopia de Superficies" PhD subject realized in Rosario (Argentina) in 2007.

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Espectroscopia de superficies

  1. 1. Espectroscopia de Superficies Javier García Molleja
  2. 2.  Iones de energía ~keV no penetran muy profundamente, por lo que sirven para analizar superficies. La técnica es de retrodispersión de Rutherford, por lo que se analiza el ángulo incidente y emergente de la partícula proyectil y la diferencia de energía cinética. Las partículas retrodispersadas en zonas profundas no serán detectadas, puesto que emergen eléctricamente neutras.Dispersión de iones de bajaenergía (LEIS)
  3. 3.  Con analizadores precisos, LEIS otorga mucha información de la primera monocapa.Dispersión de iones de bajaenergía (LEIS)
  4. 4.  Las relaciones cinemáticas se cumplen en LEIS (conservación de la energía). La resolución de masa depende de la resolución energética del detector. Existe incertidumbre en la sección eficaz de dispersión absoluta y en la probabilidad de neutralización. Se minimiza usando iones difícilmente neutralizables y detectores indiferentes al estado de la carga. La sección eficaz de dispersión se estima recurriendo a potenciales de Coulomb apantallados.Dispersión de iones de bajaenergía (LEIS)
  5. 5. Dispersión de iones de bajaenergía (LEIS)
  6. 6.  El análisis cuantitativo es posible si el potencial de dispersión es conocido. La resolución de la masa mejora usando proyectiles de gran masa.Dispersión de iones de bajaenergía (LEIS)
  7. 7.  La pérdida energética de iones ligeros sigue un patrón definido. (dE/dx) o sirven para determinar la composición con la profundidad. La energía de frenado de un material con impurezas está en función principalmente del material anfitrión.Perfiles de profundidad condispersión de Rutherford
  8. 8. Perfiles de profundidad condispersión de Rutherford
  9. 9.  El haz pierde energía conforme penetra en el sólido. Una vez que se dispersa un proyectil pierde energía hasta su salida. Se puede determinar la pérdida de energía. Para películas delgadas la pérdida es lineal con el espesor. Conociendo la dispersión entre superficie e interfase se conoce la pérdida de energía.Perfiles de profundidad condispersión de Rutherford
  10. 10.  El cociente entre alturas da la composición de la capa. El rendimiento es casi el producto de la señal de la altura por la de energía.Perfiles de profundidad condispersión de Rutherford
  11. 11. Perfiles de profundidad condispersión de Rutherford
  12. 12.  El sputtering erosiona la superficie, por lo que podemos estudiar su composición a partir de las especies eyectadas. Pueden salir neutros o cargas, simple o múltiples veces, de manera negativa o positiva. SIMS es de mucha sensibilidad, analiza la composición superficial y el perfil de profundidad.Espectrometría de masas de ionessecundarios (SIMS)
  13. 13.  El haz se focaliza al cráter de la superficie. Los espectros son de mucha complejidad.Espectrometría de masas de ionessecundarios (SIMS)
  14. 14.  Las partículas eyectadas emergen del sólido con una distribución de energías correspondientes a las fluctuaciones del número de colisiones.Espectrometría de masas de ionessecundarios (SIMS)
  15. 15.  La dependencia en la composición puede ser ignorada si hay proporciones mínimas de impurezas (<1 ppm). SIMS puede analizar el hidrógeno en un rango amplio de concentraciones.Espectrometría de masas de ionessecundarios (SIMS)
  16. 16.  El rendimiento de los iones secundarios es muy sensible a la presencia de iones en la superficie del blanco pudiendo provocar neutralización.Espectrometría de masas de ionessecundarios (SIMS)
  17. 17.  La probabilidad de neutralización depende de la estructura en bandas del sólido y de los niveles atómicos del ión eyectado. Se puede colocar capa de óxido para mejorar.Espectrometría de masas de ionessecundarios (SIMS)
  18. 18.  Para evitar el uso de capas de óxidos se puede determinar la composición a través de neutros. Los detectores necesitan de iones, por lo que es necesaria una cámara de postionización mediante plasma de baja presión. Se coloca una rejilla para que solo entren neutros en la cámara.Espectrometría de masas deneutros secundarios (SNMS)
  19. 19. Espectrometría de masas deneutros secundarios (SNMS)
  20. 20.  El factor de postionización depende de los parámetros del plasma, la ionización por impacto electrónico y el tiempo de vuelo en la cámara. La probabilidad de ionización es casi nula.Espectrometría de masas deneutros secundarios (SNMS)
  21. 21.  Si el factor de postionización no depende de la muestra la calibración es fácil. SNMS tiene una sensibilidad similar a SIMS. El rendimiento en SNMS no se puede alterar variando las propiedades del sustrato.Espectrometría de masas deneutros secundarios (SNMS)
  22. 22.  Explica la interacción del haz iónico con la estructura atómica superficial. Se calcula la sombra creada por la dispersión del proyectil con el átomo más externo.Interacción superficial mediante elmodelo de dos átomos
  23. 23.  La distribución de flujo del segundo átomo bajo el cono de sombra es muy abrupta. La curvatura ocurre dentro de una distancia menor que la amplitud térmica de vibración. El espectro lo domina el pico de superficie de interacciones de las primeras capas.Interacción superficial mediante elmodelo de dos átomos
  24. 24.  La intensidad de dispersión del segundo átomo es la superposición de la distribución gaussiana de su posición con la distribución de flujo. Si <Rc el más externo ensombrecerá a su fila. Tiene influencia en la retrodispersión de monocristales limpios.Interacción superficial mediante elmodelo de dos átomos
  25. 25.  Con canalización se suprime la dispersión de un sustrato de cristal puro. No se suprime la dispersión desde recubrimientos amorfos. Se detectan impurezas y la estructura superficial. Con geometría de salida rasante se mejora el rendimiento. La colocación del detector es importante a la hora de relacionar ancho de energía detectada e intervalo de profundidad.Análisis de películas delgadasmediante canalización
  26. 26.  Estirando la escala de profundidad aumentan las dispersiones en un espesor dado. Se elimina el efecto de la masa del cristal. La resolución de profundidad es mayor que el espesor de la capa superficial.Análisis de películas delgadasmediante canalización
  27. 27.  Las espectroscopias electrónicas se utilizan para caracterizar los diferentes modos de crecimiento. Se irradian muestras con fotones y se espera detectar electrones característicos de la superficie sin deflectar. Hay cuatro tipos comunes de crecimiento.Influencia de la morfología de lapelícula delgada en la atenuaciónelectrónica
  28. 28.  Capa a capa (Franck-Van der Merwe): se atenúan los electrones del sustrato conforme se va depositando una capa tras otra. La curva que se obtiene es lineal a trozos con envolvente exp(-nt/ ).Influencia de la morfología de lapelícula delgada en la atenuaciónelectrónica
  29. 29.  Capa única más islas (Stranski- Krastanov): se deposita una capa seguidamente de un cúmulo de islas. No hay fórmula analítica simple. El rendimiento es finito y no se aproxima a cero.Influencia de la morfología de lapelícula delgada en la atenuaciónelectrónica
  30. 30.  Islas (Volmer-Weber): cuando solo se depositan islas sobre el sustrato. El decaimiento no es exponencial conforme aumenta el espesor. El rendimiento siempre es alto por fracciones de sustrato nunca cubiertas. Su estudio requiere análisis experimental detallado.Influencia de la morfología de lapelícula delgada en la atenuaciónelectrónica
  31. 31.  Deposición estadística: los átomos depositados se localizan siguiendo la distribución de Poisson.Influencia de la morfología de lapelícula delgada en la atenuaciónelectrónica
  32. 32.  Se obtiene información en la pérdida de energía de electrones cuando atraviesan una muestra o se reflejan. EELS se utiliza con electrones con energías entre 1 eV y 100 keV. Con baja energía se estudia la superficie y los estados vibracionales de moléculas absorbidas. Con alta energía se analizan los plasmones, además de excitaciones e ionizaciones de niveles internos, característicos del elemento.Espectroscopia de pérdidaenergética electrónica (EELS)
  33. 33.  Mejoran resultados si se puede entregar de manera continua energía al electrón ligado. La sección eficaz favorece los procesos de excitación. Se puede analizar así la densidad de estados desocupados.Espectroscopia de pérdidaenergética electrónica (EELS)
  34. 34.  En el espectro domina el plasmón másico. Esta resonancia involucra a todos los electrones de valencia. El plasmón entonces nos permite conocer la composición. También estima la cantidad relativa de dispersión plural, activándose sus armónicos en ciertas condiciones.Espectroscopia de pérdidaenergética electrónica (EELS)
  35. 35.  EELS excita también electrones internos, cuyos electrones sobrepasan entonces el nivel de Fermi. Con esto se puede estimar la densidad de estados. Las transiciones interbanda son difíciles de interpretar. EELS analiza pequeñas áreas (100 nm) pero no detecta impurezas.Espectroscopia de pérdidaenergética electrónica (EELS)
  36. 36.  Las diferencias de altura en los escalones en el espectro de pérdidas ayuda a conocer la concentración.Espectroscopia de pérdidaenergética electrónica (EELS)
  37. 37.  Cuando un electrón incidente de dispersa de una fila ordenada de átomos su dispersión crea ondulaciones en cada átomo, que interferirán entre sí. La interferencia constructiva crea un frente de ondas que dará lugar a un cono de detección para el electrón dispersado. En dos dimensiones la intersección entre conos da un número fijo de líneas donde se detectará.Difracción electrónica de bajaenergía (LEED)
  38. 38.  En una pantalla que interseque las líneas observaremos manchas que pueden ser indexadas. Se pueden evitar electrones secundarios y también evaluar la intensidad de las manchas.Difracción electrónica de bajaenergía (LEED)
  39. 39.  LEED revela la periodicidad de los átomos de la superficie y la simetría global de esta, no la posición atómica detallada. Se debe a la aparición de manchas de orden ½. Pero conociendo la simetría se puede predecir la configuración espacial real. El patrón cambia cuando se altera la periodicidad. Se pueden aplicar energías medias o reflexión de alta energía, pero con geometría de ángulo rasante.Difracción electrónica de bajaenergía (LEED)
  40. 40.  Se pueden combinar técnicas de determinación de fase con las de determinación de la composición. Con rayos X analizamos capas de decenas de nm. La penetración se reduce usando geometría de ángulo oblicuo. Las fases cristalinas se identifican por sus patrones característicos.Difracción de rayos X con ángulooblicuo
  41. 41.  Se mejora la resolución angular y los datos estructurales son más exactos. La exposición ha de ser larga por su baja intensidad. La difracción se basa en la ecuación de Bragg, que da la condición de interferencia constructiva.Difracción de rayos X con ángulooblicuo
  42. 42.  Para películas delgadas se necesita haz monocromático incidiendo en rasante. En el difractómetro de Seemann-Bohlin los focos de los haces incidente y difractado quedan en una circunferencia. En la cámara de Read el haz incidente es colimado por dos minúsculas aberturas y los patrones en todos los ángulos son registrados simultáneamente.Difracción de rayos X con ángulooblicuo
  43. 43. Difracción de rayos X con ángulooblicuo
  44. 44.  Si se analiza un policristal se captarán anillos en una cámara de Read. La posición angular permite la identificación del material comparando con recopilaciones. Con un difractómetro de Seemann-Bohlin se analiza un corte de los anillos. Es necesario analizar el vector de red recíproca. Es importante obtener el parámetro de red.Difracción de rayos X con ángulooblicuo
  45. 45.  Los rayos X nos permiten determinar el espesor durante el crecimiento, así como el compuesto que se deposita. Al cambiar la estructura cambian las reflexiones. La intensidad integrada del pico da el volumen total irradiado. En capas uniformes la intensidad es proporcional con el espesor de la película. También se obtiene del cálculo de factores geométricos.Difracción de rayos X con ángulooblicuo
  46. 46.  La difracción electrónica de una red cristalina es un proceso cinemático de dispersión que verifica la ecuación de Bragg. Nos permite identificar la estructura del sólido. Se adelgaza la muestra mediante corrosión química o barrido iónico. El haz tiene una energía entre 50 y 200 keV.Microscopía de transmisiónelectrónica
  47. 47.  Para monocristales el patrón de difracción en TEM son manchas. Para policristales texturados se tiene la superposición de anillos y manchas. Para muestras amorfas o totalmente policristalinas el patrón es solo de anillos.Microscopía de transmisiónelectrónica
  48. 48. Microscopía de transmisiónelectrónica
  49. 49.  La estructura se determina a partir de tablas o programas informáticos. Si se irradia con iones de rango mayor que el espesor de la capa se provocan transformaciones de fase. TEM tiene el inconveniente de que es una técnica altamente destructiva. El análisis de superredes mediante TEM da buenos resultados.Microscopía de transmisiónelectrónica
  50. 50.  Es uno de los tres procesos que provocan la atenuación de un haz fotónico al entrar en un sólido. Otro efecto es la dispersión Compton, donde se capta la longitud de onda de la energía dispersada elásticamente. El tercero es la producción de pares, donde se generan electrones y positrones.Absorción de rayos X
  51. 51.  Para analizar materiales se utilizan rangos de energías que aseguren que predomine el efecto fotoeléctrico.Absorción de rayos X
  52. 52.  Es de gran trascendencia el coeficiente de absorción / , que depende de la energía. Los espectros de absorción de rayos X muestran cimas cuando un electrón ligado se lleva al primer nivel no ocupado.Absorción de rayos X
  53. 53.  Se varía la energía de rayos X para completar el estudio.Absorción de rayos X
  54. 54.  Se ha de trabajar con fotones de energía mayor a la de ligadura. Se puede usar este efecto como filtro para dar lugar a radiación monocromática.Absorción de rayos X
  55. 55.  Por encima de las cimas de absorción se revela la estructura fina del átomo. Se observa una región oscilante en la absorción. Surgen por efectos de interferencia en la dispersión del electrón saliente por los átomos cercanos. EXAFS determina el tipo y número de átomos rodeando al absorbente.Estructura fina extendida a laabsorción de rayos X (EXAFS)
  56. 56.  Se sondean 0,6 nm alrededor de cada especie. Es necesario para EXAFS usar radiación sincrotrónica por la intensidad del haz, su monocromaticidad y la posibilidad de variación.Estructura fina extendida a laabsorción de rayos X (EXAFS)
  57. 57.  El electrón saliente posee una función de onda esférica. Las ondulaciones llegan al átomo vecino, donde serán dispersadas. Esta dispersión creará interferencias con el electrón saliente. Pueden considerarse vibraciones térmicas y eventos inelásticos. Esto se traduce en un término de amortiguamiento.Estructura fina extendida a laabsorción de rayos X (EXAFS)
  58. 58.  La oscilación sinusoidal depende de las distancias interatómicas y del cambio de fase. Conociendo la intensidad y haciendo una transformada de Fourier conocemos dicha distancia y la estructura local.Estructura fina extendida a laabsorción de rayos X (EXAFS)
  59. 59.  Consta de un cuanto de energía transferido a un electrón ligado. Este, si recibe la energía suficiente, emergerá a la superficie como libre. Su energía dependerá de la energía del fotón y de su energía característica de ligadura. No han de ocurrir colisiones para determinar su naturaleza, luego se sondean solo profundidades de 1-2 nm.Espectroscopia fotoelectrónica derayos X (XPS)
  60. 60.  La fuente son fotones obtenidos al bombardear con electrones blancos de Mg o Al. Hay que considerar la radiación de frenado. Para conseguir un haz de energía definida hay que utilizar monocromadores. UPS es una técnica similar pero se usan fotones ultravioletas. Se obtienen con una lámpara de descarga de He.Espectroscopia fotoelectrónica derayos X (XPS)
  61. 61. Espectroscopia fotoelectrónica derayos X (XPS)
  62. 62.  Como detectores no se utilizan los espectrómetros electrónicos de campo magnético. En los deflectores los electrones viajan a través de las líneas equipotenciales. En los de tipo espejo se atraviesan líneas equipotenciales y se reflejan mediante electrodos. El más utilizado es el analizador cilíndrico de espejo (CMA). Se basa en la ganancia conseguida por los canaltrones.Espectroscopia fotoelectrónica derayos X (XPS)
  63. 63.  Las intensidades o el área de los picos dependen de la sección eficaz, de la longitud de onda, del espectrómetro, de la rugosidad superficial y la presencia de estructuras satélite. Las secciones eficaces dependen del número atómico. Hay que considerar la probabilidad de creación de un electrón libre y la de que sea detectable.Análisis cuantitativo con XPS
  64. 64.  La probabilidad de que el fotoelectrón salga del sólido sin colisiones es una exponencial decreciente. No todos influyen en la creación de vacancias en el estado fundamental. Los estados excitados hacen decrecer la intensidad de los picos. La eficiencia depende del entorno químico y de la energía cinética del electrón.Análisis cuantitativo con XPS
  65. 65.  La intensidad del pico posibilita un análisis químico que se simplifica si la eficiencia no cambia. Los cálculos suponen muestra llana, homogénea, limpia y distribución isótropa de fotoelectrones. XPS es sensible a capas superficiales, a la sección eficaz y el ruido.Análisis cuantitativo con XPS
  66. 66.  Con un haz de electrones se excita una pequeña región superficial. La radiación X emitida por la muestra sondeada (del orden de micrómetros) nos permite conocer la distribución lateral. En el análisis de materiales interesan las líneas K y L. La detección se puede realizar con espectroscopia dispersiva de energía (la señal depende de la energía) o con espectroscopia dispersiva de longitud de onda (con un cristal se miden líneas de cumplan la ley de Bragg).Microsonda electrónica
  67. 67.  Los cambios químicos no afectan la energía de ligadura puesto que los niveles involucrados son alterados simultáneamente.Microsonda electrónica
  68. 68.  Hay que atender a la anchura de las líneas energéticas. Su origen está en el principio de incertidumbre de Heisenberg.Microsonda electrónica
  69. 69.  EMA puede identificar los elementos de Z>10. El límite de detección es 50-100 ppm. La exactitud de EMA se sitúa en torno al 1% si se comparan con patrones apropiados. Se analiza el rendimiento y se elimina el ruido producido por bremsstrahlung.Microsonda electrónica: análisiscuantitativo
  70. 70.  Muestra y patrón han de medirse bajo las mismas condiciones. Conociendo K y la concentración de la muestra patrón conoceremos las concentraciones de la muestra analizada. Para determinar la razón de concentración es necesario establecer una curva de calibración entre intensidades y átomos.Microsonda electrónica: análisiscuantitativo
  71. 71.  La ecuación considera el cambio de sección eficaz con la profundidad debido a pérdida energética de electrones y retrodispersiones. Si para EMA se utiliza un patrón es necesario aplicar factores de corrección que consideren el número atómico, la absorción y la fluorescencia.Microsonda electrónica: análisiscuantitativo
  72. 72.  La ionización de capas internas depende del campo eléctrico generado por una carga que pasa cerca. Protones y electrones generan campos eléctricos idénticos (sin considerar la carga y bajo consideraciones clásicas). Usando entonces protones la energía para esto es elevada.Emisión de rayos X inducida porprotones (y helio) (PIXE)
  73. 73.  Con PIXE se obtiene en función de la energía y la masa del protón una curva universal para las secciones eficaces.Emisión de rayos X inducida porprotones (y helio) (PIXE)
  74. 74.  La sección eficaz de producción de rayos X se relaciona con la de ionización mediante el rendimiento de fluorescencia. El máximo de la sección eficaz decrece con el número atómico o la energía de ligadura. PIXE disminuye el ruido de fondo, aumentando la sensibilidad. Al usar PIXE protones decrece la probabilidad de radiación de frenado. PIXE permite detectar trazas y hacer análisis lateral.Emisión de rayos X inducida porprotones (y helio) (PIXE)
  75. 75.  Una pistola electrónica genera un haz que crea vacancias que son ocupadas por electrones externos. La energía sobrante se aplica para eyectar otros electrones externos, que serán recogidos por un CMA. El espectro muestra picos de dispersiones elásticas e inelásticas, plasmones y excitaciones electrónicas. Es necesario aplicar una técnica derivativa para destacar los electrones Auger del ruido de electrones secundarios.Espectroscopia electrónica deAuger
  76. 76. Espectroscopia electrónica deAuger
  77. 77.  El límite de detección de impurezas (1000 ppm) depende de la resolución y el nivel de ruido. La diferenciación se realiza con una pequeña tensión alterna en el cilindro externo del CMA. Se realizan desarrollos en serie para obtener los datos.Espectroscopia electrónica deAuger
  78. 78.  El rendimiento para un átomo libre depende de la sección eficaz de ionización por impacto electrónico y la probabilidad de emisión de electrones Auger (de eV). En un sólido hay complicaciones por retrodispersión electrónica y la rugosidad. AES es muy sensible a la superficie, detectando elementos de más de tres electrones en sus capas.Espectroscopia electrónica deAuger
  79. 79.  AES sirve para determinar la composición en función de la profundidad. Se recurre al uso de sputtering para analizar regiones cercanas a la superficie. Se obtienen curvas de altura de pico de Auger frente a tiempo de sputtering. Con una calibración se traduce por concentración frente a profundidad. El sputtering puede provocar entremezclado. AES es sensible a elementos ligeros y pesados y tiene gran resolución de profundidad.Perfiles de profundidad de Auger
  80. 80.  AES detecta contaminantes en la superficie e interfase que puedan afectar a las reacciones químicas y eviten la interdifusión. AES resuelve la composición de multicapas de elementos cercanos en la tabla periódica.Perfiles de profundidad de Auger
  81. 81.  Es una técnica sensitiva y no destructiva para detectar trazas de elementos de una muestra. Se bombardea el núcleo atómico y tras la reacción nuclear emitirá fotones gamma característicos y núcleos hijos. No interacciona con otras técnicas. El elemento se identifica por su vida media de la radiación. Se reduce el ruido cuando la radiación es máxima.Análisis de activación
  82. 82.  La curva de decaimiento de una muestra de varios componentes es una superposición de los decaimientos independientes. Se detectan impurezas en materiales másicos (10-8-10-10 g). Con neutrones como haz incidente se logra alta penetración. Los perfiles de profundidad se realizan con técnicas de adelgazamiento.Análisis de activación
  83. 83. Análisis de activación
  84. 84.  Se detectan los productos de la reacción nuclear mientras se realiza la irradiación. No llega a los límites de detección del análisis de activación. El perfil de profundidad se determina mediante retrodispersión, la pérdida energética del proyectil y la atenuación de la radiación emergente. No hay ruido para elementos ligeros.Análisis de radiación inmediata
  85. 85.  En el método de análisis de la energía se usa un haz donde su energía afecta la sección eficaz de colisión. Se pueden usar neutrones térmicos, emitiendo partículas cargadas isotrópicamente. Con neutrones la sección eficaz de reacción es mayor que la geométrica. Cerca de la superficie la energía es mayor. El rango varía entre 1 y 10 m y se puede analizar la difusión.Análisis de radiación inmediata
  86. 86.  La reacción también puede inducirse con partículas cargadas. Su energía debe superar la barrera de Coulomb. El rendimiento depende de la sección eficaz diferencial de difícil expresión. Para átomos pesados no se da la reacción. No existe ruido por la alta energía de las partículas emitidas. Se pueden detectar impurezas. Se eliminan partículas dispersadas elásticamente colocando absorbentes.Análisis de radiación inmediata
  87. 87.  Se relaciona la energía y la profundidad. Conociendo la sección eficaz y el factor de reacción se determina el perfil de concentración. Las excitaciones de los núcleos hijos pueden requerir un umbral energético para que se dé la reacción.Análisis de radiación inmediata
  88. 88.  El método de resonancia varía la energía del haz hasta encontrar un pico en la sección eficaz. En la resonancia la energía emitida es muy alta, aprovechándose el pico para detectar trazas en el perfil de profundidad. Si fuera de la resonancia la sección eficaz es despreciable el rendimiento de la reacción está en función de la energía del haz. La energía de los iones disminuye en su paso por el material, por lo que la resonancia se dará en zonas profundas.Análisis de radiación inmediata
  89. 89.  Los análisis minuciosos tienen en cuenta toda la sección eficaz y la diseminación. La curva de rendimiento se puede convertir en curva de concentración. Se determina la concentración absoluta de impurezas ligeras. Midiendo la concentración se puede determinar la profundidad. Esta técnica puede detectar hidrógeno.Análisis de radiación inmediata
  90. 90. Análisis de radiación inmediata

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