Химическая энциклопедия - ионного рассеяния спектроскопия

изучает распределение по энергиям (энергетич. спектр) ионов, упруго рассеянных пов-стью под определенным углом q. Спектр получают при действии на исследуемую пов-сть моноэнергетич. пучков ионов. По положению пиков такого спектра идентифицируют элементы, а по высоте пиков определяют концентрацию последних. Кроме того, исследуя энергетич.

спектр в зависимости от углов падения и рассеяния, можно получить информацию о структуре пов-сти. Энергию иона, упруго рассеянного под углом q при однократном парном столкновении, можно рассчитать по ф-ле E = E п(1 + М/т)^-2{cosq + [(M²/m²) sin²q]^1/2}² = КЕ п, где Е п -энергия первичных ионов, М - масса атомов образца, m масса первичных ионов, К коэф.

рассеяния ионов. Формула справедлива при М/т >1. Зная величины m, E п, q, а также заряд (степень нейтрализации) рассеянных частиц и измерив Е, можно рассчитать M и идентифицировать поверхностные атомы. В зависимости от энергии первичных ионов различают спектроскопию рассеяния медленных ионов (E п = 10^-17 Ч 10^-13 Дж) и спектроскопию рассеяния быстрых ионов (Е п = 10^-14 Ч 10^-13 Дж), наз.

также спектроскопией резерфордовского или обратного ядерного рассеяния. В спектроскопии рассеяния медленных ионов в ионизованном состоянии покидает пов-сть лишь 0,1-1% однократно рассеянных ионов. Т. к. зависимость Кот сечений рассеяния и эффективность нейтрализации точно неизвестны, то количеств. определения проводят в осн.

по эмпирич. градуировочным зависимостям. Аппаратура состоит из источника однозарядных моноэнергетич. ионов инертных газов (обычно Не ⁺, Ne⁺, Аr⁺), напр. дуоплазмотрона с полым катодом, вакуумной камеры с давлением остаточных газов < 10^-7 Па, держателя мишени, позволяющего вращать образец относительно направления первичного пучка, и энергетич.

спектрометра (чаще всего электростатич. анализатора). При этом можно анализировать поверхностные монослои толщиной ~ 0,5 нм. В спектроскопии рассеяния быстрых ионов в качестве источника первичных ионов (в осн. a-частиц) используют электростатич. генератор, тандемный ускоритель ионов или циклотрон. Ускоритель ионов должен давать высокомонохроматичные пучки первичных ионов в широком интервале E п.

Для регистрации энергетич. спектра рассеянных ионов обычно применяют полупроводниковый детектор (с разрешением 5-20 кэВ) в сочетании с многоканальным анализатором импульсов. Количеств. интерпретация данных о рассеянии быстрых ионов проще, чем в случае медленных ионов, и проводится с применением резерфордовского закона рассеяния, когда эффектом экранирования ядер электронами можно пренебречь.

Частица, отраженная от пов-сти твердого тела, обладает большей энергией, чем частица, отраженная от внутр. слоев мишени. Потери энергии связаны с электронным и ядерным торможением внутри твердого тела. Т. к. сечение рассеяния невелико, часть ионов, проникнувших в глубь мишени, двигается по прямой, испытывая в осн. электронное торможение.

После соударения с атомом, в результате к-рого направление движущегося иона меняется на угол > 90° (обратное рассеяние), он под действием электронного торможения опять по прямой направляется к пов-сти материала. Т. обр., фиксируя спектры энергетич. потерь обратнорассеянных ионов, можно без разрушения образца получить информацию о распределении определяемого элемента по глубине.

Напр., используя рассеяние a-частиц с энергией ~ 10^-13 Дж, можно исследовать слои толщиной в доли мкм с разрешением по глубине ~ 20 нм без послойного травления, к-рое необходимо в случае использования медленных ионов. Разрешение по глубине зависит от массы и энергии первичных ионов, массы атомов материала и энергетич. разрешения регистрирующей аппаратуры.

По величине потерь энергии можно определять также толщину пленок на подложках. Пределы обнаружения элементов в И. р. с. достигают 10 %. Этот метод применяют в осн. для определения тяжелых примесей в легких основах: с использованием медленных ионов на реальной пов-сти, с использованием быстрых ионов в субмикронных поверхностных слоях твердых тел (гл.

обр. полупроводников). Лит.: Петров Н. Н., Аброян И. А., Диагностика поверхности с помощью ионных пучков, Л., 1977; Пранявичюс Л., Дудонис Ю., Модификация свойств твердых тел ионными пучками, Вильнюс, 1980; Черепин В. Т., Васильев М. А., Методы и приборы для анализа поверхности, К., 1982. Ф. А. Гимельфарб.

Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия

Под ред. И. Л. Кнунянца

1988

.