tytuł prezentacji

Co chcemy badać?

Co znajduje się na powierzchni ? analiza

jakościowa

W którym miejscu ?

analiza przestrzenna

Na jakiej głębokości ?

analiza

głębokościowa

W jakiej ilości ?

analiza ilościowa

Metody diagnostyki ciała
stałego

AFM  – mikroskopia sił atomowych
EBIC – Electron Beam Induced Current
REM  – odbiciowa mikroskopia elektronowa
LEED  – dyfrakcja elektronów o małej energii
HEED  – dyfrakcja elektronów o dużej energii
RHEED

– dyfrakcja odbiciowa elektronów o dużej energii

LEID  – dyfrakcja jonów niskoenergetycznych
SAM  – skaningowa mikroskopia Augera
SEM  – skaningowa mikroskopia elektronowa
STM  – skaningowa mikroskopia tunelowa
AES  – spektroskopia elektronów Augera
ISS

– spektroskopia jonów rozpraszanych

SIMS – spektroskopia mas jonów wtórnych
UPS – spektroskopia fotoelektronów UV
XPS

– spektroskopia fotoelektronów RTG

RBS – spektroskopia jonów wstecznie rozproszonych Rutherforda

Wykorzystanie metod
diagnostyki

Co chcemy wiedzieć?

W jaki sposób znaleźć na to odpowiedź?

Wygląd próbki
w skali makroskopowej
w skali mikroskopowej
w skali atomowej

mikroskopia optyczna
skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM)
transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM)
skaningowa mikroskopia bliskich oddziaływań

(STM, AFM...)

Struktura wewnętrzna,
gęstość, w skali
mikroskopowej i
atomowej

dyfrakcja promieni X, profilometria
monitor z krystalicznego kwarcu (QCM)
elipsometria, LEED, RHEED

Skład pierwiastkowy,

domieszki/zanieczyszczen

ia, stan chemiczny

Auger ES, analiza dyspersyjna energii
promieniowania X (EDAX), spektroskopia
fotoelektronów wzbudzanych promieniowaniem X
(XPS), spektrometria masowa wtórnych jonów

(SIMS),
wsteczne rozpraszanie Rutherford’a (RBS)

Wykorzystanie metod
diagnostyki

Co chcemy wiedzieć?

W jaki sposób znaleźć na to

odpowiedź?

Właściwości optyczne:
współczynnik załamania,

absorpcja

elipsometria

Właściwości elektryczne:
oporność/przewodnictwo,

pojemność

pomiar oporności -sonda 4

punktowa, pomiar pojemności

Właściwości magnetyczne:
Pętla histerezy

magneto-optyczny efekt Kerra

(MOKE), rezonans

ferromagnetyczny (FMR)

właściwości mechaniczne:

naprężenia wewnętrzne, tarcie,

adhezja

pomiar krzywizny naprężeń, test

tarcia -ostrze na dysku, test

adhezji

Podział metod badania
powierzchni

chemiczne:

SEM, SIMS, metody

spektroskopowe

optyczne: transmisja, emisja światła

elektryczne:

AC/DC EIS, IS, C-V, I-V, EBIC

strukturalne:

topografia powierzchni (SEM, AFM, STM)
struktura atomowa (LEED, RHEED, XRD)
elektronowa (DLTS)

Elektrony

Metody: SEM, AES, LEED, HEED, RHEED, TEM,
mikrosonda elektronowa

ZALETY:

+  łatwo formować wiązkę
+  niskie i wysokie energie (możliwość badania obszaru
przypowierzchniowego i objętości)
+  dopracowane technologie analizatorów energii

+  łatwo wiązkę usunąć z komory po zakończeniu pomiaru

WADY:

wymagana próżnia

możliwość oddziaływania z materiałem

Jony

Metody: ISS, SIMS, mikrosonda jonowa, LEID, RBS

ZALETY:

+  łatwo formować wiązkę
+  duże zdolności rozdzielcze
+  łatwo rejestrować

WADY:

wiązka modyfikuje materiał

wymagana próżnia

Fotony

Metody: spektroskopia odbiciowa, elipsometria,
pomiar widma absorpcji, XPS, UPS, PL,
spektroskopia Ramanowska

ZALETY:

+  wiązka nie modyfikuje powierzchni nawet przy  wysokich
energiach
+  duże zdolności rozdzielcze
+  nie jest wymagana próżnia
+  łatwa preparatyka próbek

WADY:

głównie do badania powierzchni

Podział ze względu na
cząstki analizowane i rodzaj widma

Strumień wsteczny

(AES, SAM, SEM, SIMS)

Strumień rozproszony

(ISS, REM, RHEED, SEM)

fotony

– widmo częstotliwości

elektrony

– widmo energii

jony

– widmo mas i energii

atomy

– widmo mas i energii

Inne podziały

Podział ze względu na rodzaj analizy:

–  punktowa
–  skaningowa
–  głębokościowa

Podział ze względu na zakres energii:

– niskie energie (LEED, LEID)

e < 10 keV, j <100 keV, a < 1keV

– wysokie energie (HEED, RHEED)

Metody obrazowania
powierzchni materiałów

TECHNIKA

OGRANICZENIA

ROZDZIELCZOŚĆ

Oko

Retina (siatkówka)

700,000 Å

Mikroskop optyczny

Dyfrakcja światła

3000 Å

Skaningowy

mikroskop

elektronowy

Dyfrakcja elektronów

30 Å

Transmisyjny

mikroskop

elektronowy

Dyfrakcja elektronów

1 Å

Jonowy

mikroskop polowy

Rozmiar atomów

3 Å

Skaningowa

mikroskopia bliskich

oddziaływań

Rozmiar „próbnika”

0.1 -100 Å

Mikroskop polowy

Elektrony będą emitowane z miejsc, w których potencjał szybko się
zmienia, czyli np. z okolic, gdzie występują defekty, czy też gdzie
ulokowane są atomy.

Rozdzielczość ~ 20 Å -> nie zobaczymy atomów