Mikrosonda

Mikrosonda jest instrumentem, który przykłada stabilną i dobrze skupioną wiązkę naładowanych cząstek ( elektronów lub jonów ) do próbki.

typy

Gdy wiązka pierwotna składa się z przyspieszonych elektronów, sondę nazywa się mikrosondą elektronową , gdy wiązka pierwotna składa się z przyspieszonych jonów, używa się terminu mikrosonda jonowa . Termin mikrosonda może być również stosowany do optycznych technik analitycznych, gdy instrument jest skonfigurowany do analizy mikropróbek lub mikroobszarów większych próbek. Takie techniki obejmują mikrospektroskopię Ramana , mikrospektroskopię w podczerwieni i mikroLIBS . Wszystkie te techniki obejmują zmodyfikowane mikroskopy optyczne aby zlokalizować obszar do analizy, skieruj wiązkę sondy i zbierz sygnał analityczny.

Mikrosonda laserowa to spektrometr masowy , który wykorzystuje jonizację za pomocą lasera impulsowego, a następnie analizę masy generowanych jonów.

Używa

Naukowcy wykorzystują tę wiązkę naładowanych cząstek do określenia składu pierwiastkowego materiałów stałych ( minerałów , szkieł , metali ). Skład chemiczny tarczy można określić na podstawie danych pierwiastkowych pochodzących z emitowanego promieniowania rentgenowskiego (w przypadku , gdy wiązka pierwotna składa się z naładowanych elektronów) lub pomiaru emitowanej wiązki wtórnej materiału rozpylonego z tarczy (w przypadku, gdy wiązka pierwotna składa się z naładowanych jonów).

Kiedy energia jonów mieści się w zakresie kilkudziesięciu keV (kiloelektronowoltów), mikrosondy te są zwykle nazywane FIB (ang. Focused ion beam ). FIB zamienia niewielką część materiału w plazmę; analiza jest wykonywana tymi samymi podstawowymi technikami, jakie są stosowane w spektrometrii mas .

Gdy energia jonów jest wyższa, od setek keV do kilku MeV (megaelektronowoltów), nazywane są mikrosondami jądrowymi. Mikrosondy jądrowe są niezwykle potężnymi narzędziami, które wykorzystują analizy wiązki jonów jako mikroskopy z plamkami o wielkości w zakresie mikro-/nanometrów. Instrumenty te są stosowane do rozwiązywania problemów naukowych w różnych dziedzinach, od mikroelektroniki po biomedycynę. Oprócz opracowania nowych sposobów wykorzystania tych sond jako narzędzi analitycznych (ten obszar zastosowań mikrosond jądrowych nazywa się mikroskopią jądrową ), ostatnio dokonał się duży postęp w dziedzinie modyfikacji materiałów (z których większość można określić jako PBW, pisanie wiązką protonów ).

Wiązka mikrosondy jądrowej składa się zwykle z protonów i cząstek alfa . Niektóre z najbardziej zaawansowanych mikrosond jądrowych mają energię wiązki przekraczającą 2 MeV. Daje to urządzeniu bardzo wysoką czułość na niewielkie stężenia pierwiastków, około 1 ppm przy rozmiarach wiązki mniejszych niż 1 mikrometr . Ta czułość elementarna istnieje, ponieważ gdy wiązka oddziałuje z próbką, emituje charakterystyczne promieniowanie rentgenowskie każdego pierwiastka obecnego w próbce. Ten rodzaj wykrywania promieniowania nazywa się PIXE . W mikroskopii jądrowej stosowane są inne techniki analizy, w tym rozpraszanie wsteczne Rutherforda (RBS), STIM itp.

Innym zastosowaniem mikrosond jest produkcja urządzeń o rozmiarach mikro i nano, jak w systemach mikroelektromechanicznych i systemach nanoelektromechanicznych . Zaletą mikrosond w porównaniu z innymi litograficznymi jest to, że wiązka mikrosond może być skanowana lub kierowana na dowolny obszar próbki. To skanowanie wiązki mikrosondy można sobie wyobrazić jako użycie ołówka z bardzo cienką końcówką do narysowania projektu na papierze lub w programie do rysowania. Tradycyjne procesy litograficzne wykorzystują fotony, których nie można zeskanować, dlatego potrzebne są maski, aby wybiórczo narażać próbkę na promieniowanie. To właśnie promieniowanie powoduje zmiany w próbce, co z kolei umożliwia naukowcom i inżynierom opracowywanie niewielkich urządzeń, takich jak mikroprocesory, akcelerometry (jak w większości samochodowych systemów bezpieczeństwa) itp.