Niskoenergetyczne rozpraszanie jonów

Obraz systemu Kratos Axis-165 wyposażonego w XPS, ISS i AES, z Alberta Center for Surface Engineering and Science (ACSES).

Niskoenergetyczna spektroskopia rozpraszania jonów (LEIS) , czasami nazywana po prostu spektroskopią rozpraszania jonów (ISS), to czuła na powierzchnię technika analityczna stosowana do charakteryzowania składu chemicznego i strukturalnego materiałów. LEIS obejmuje kierowanie strumienia naładowanych cząstek zwanych jonami na powierzchnię i obserwację pozycji, prędkości i energii jonów, które weszły w interakcję z powierzchnią. Zebrane w ten sposób dane można wykorzystać do wydedukowania informacji o materiale, takich jak względne pozycje atomy w siatce powierzchniowej i elementarna tożsamość tych atomów. LEIS jest blisko spokrewniony zarówno z rozpraszaniem jonów o średniej energii (MEIS), jak i rozpraszaniem jonów o wysokiej energii (HEIS, znanym w praktyce jako spektroskopia rozpraszania wstecznego Rutherforda lub RBS), różniąc się przede wszystkim zakresem energii wiązki jonów używanej do badania powierzchni . Podczas gdy wiele informacji zebranych za pomocą LEIS można uzyskać za pomocą innych technik nauki o powierzchni , LEIS jest wyjątkowy pod względem czułości zarówno do struktury, jak i składu powierzchni. Ponadto LEIS jest jedną z nielicznych technik czułych na powierzchnię, zdolnych do bezpośredniej obserwacji wodoru , co może sprawić, że stanie się ona coraz ważniejszą techniką w miarę eksploracji gospodarki wodorowej .

Zestaw doświadczalny

Systemy LEIS składają się z następujących elementów:

Ogólna konfiguracja eksperymentalna dla LEIS.

Ion Gun , używany do kierowania wiązki jonów na docelową próbkę. Źródło jonizacji elektronów jest zwykle używane do jonizacji atomów gazów szlachetnych , takich jak He , Ne lub Ar , podczas gdy podgrzewanie płytek zawierających atomy metali alkalicznych jest wykorzystywane do tworzenia wiązki jonów metali alkalicznych . Powstałe w ten sposób jony mają ładunek dodatni , zwykle +1, w wyniku wyrzucenia elektronów z atomów. Zakres energii najczęściej wykorzystywanych w LEIS to 500 eV do 20 keV. W celu uzyskania dobrej rozdzielczości eksperymentalnej ważne jest, aby mieć wąski rozrzut energii (ΔE/E < 1%) w wychodzącej wiązce jonów .
Manipulator wiązki jonów zawiera soczewki elektrostatyczne pistoletu jonowego do ogniskowania i cięcia wiązki. Soczewki składają się z szeregu geometrii płytek lub cylindrów i służą do kolimacji wiązki, a także do selektywnego filtrowania wiązki na podstawie masy i prędkości . Cięcie wiązki odbywa się za pomocą fal pulsacyjnych, gdy przeprowadzane są eksperymenty czasu przelotu (TOF). Jony przechodzą przez rozdrabniacz tylko wtedy, gdy nie są stosowane napięcie .
Manipulator próbek , umożliwia operatorowi zmianę pozycji i/lub kąta celu w celu przeprowadzenia eksperymentów o różnych geometriach . Za pomocą elementów sterujących kierunkowych można dokonać regulacji azymutu (obrotu) i kąta padania .
Dryf rurowy/region dryfu , używany w konfiguracji TOF. Pomiary TOF są stosowane, gdy wymagana jest analiza prędkości cząstek. Poprzez pulsowanie jonów w kierunku próbki z regularną częstotliwością i obserwację czasu przebycia pewnej odległości po zderzeniu z powierzchnią do detektora, możliwe jest obliczenie prędkości jonów i substancji neutralnych wychodzących z powierzchni. W tej konfiguracji przed rurką dryfową można również zastosować akcelerator , aby w razie potrzeby oddzielić jony od substancji neutralnych .
Detektor/ analizator elektrostatyczny , używany do wykrywania prędkości i/lub energii rozproszonych cząstek, w tym jonów i, w niektórych przypadkach, substancji obojętnych.

Schemat analizatora elektrostatycznego w geometrii półkulistej. Do detektora przechodzą tylko jony o wybranej energii.

W przeciwieństwie do analizatorów TOF, analizatory elektrostatyczne osiągają rozdzielczość energii jonów za pomocą deflektorów elektrostatycznych, które kierują do kolektora tylko jony o określonym zakresie energii, podczas gdy wszystkie inne jony są przekierowywane. Ten typ analizatora może zapewnić dobrą rozdzielczość energetyczną (a tym samym selektywność ), ale zwykle ma słabą czułość , ponieważ wykrywa tylko jony o określonym zakresie energii i całkowicie ignoruje gatunki neutralne. Stosowane są dwa rodzaje detektorów: kanałowy powielacz elektronów (CEM) oraz płytka mikrokanalikowa (MCP) detektory. CEM działają w podobny sposób jak fotopowielacze , wyświetlając kaskadę procesów emisji elektronów wtórnych inicjowanych przez zderzenie jonów lub szybkiego neutralnego (energia > 1 keV) w celu wzmocnienia prądu sygnału . W ten sposób możliwe jest skuteczne wykrywanie nawet niewielkich strumieni jonów lub cząstek obojętnych. Detektory MCP są zasadniczo dwuwymiarowymi macierzami CEM i umożliwiają uzyskanie dodatkowych informacji o położeniu cząstek kosztem czułości w dowolnej pozycji.
pompy próżniowe ; Badania przeprowadza się w ultrawysokiej próżni (UHV) (< 10-10 ^torr ) , aby zapobiec niepożądanej interferencji z wiązką jonów i/lub próbką . Typowe pompy UHV obejmują turbomolekularne i jonowe , z pompowaniem zgrubnym zwykle wykonywanym za pomocą obrotowej pompy łopatkowej . Ze względu na wyjątkową czułość LEIS powierzchni (tj. pierwszej warstwy), próbki muszą być dokładnie oczyszczone przed analizą. Niektóre typowe procesy stosowane do czyszczenia próbek obejmują napylanie katodowe i wyżarzanie . W komorze próżniowej musi znajdować się odpowiedni sprzęt do czyszczenia.
Inne narzędzia analityczne ; w wielu przypadkach pożądane jest przeprowadzenie wielu rodzajów analiz na próbce w ramach tego samego systemu UHV lub nawet w tym samym czasie. Niektóre dodatkowe narzędzia mogą obejmować spektroskopię elektronów Augera (AES), dyfrakcję elektronów niskoenergetycznych (LEED) i rentgenowską spektroskopię fotoelektronów (XPS). Korzystanie z tych narzędzi zazwyczaj wymaga obecności dodatkowych detektorów oraz elektronów i/lub promieniowania rentgenowskiego, jeśli ma to zastosowanie.

Fizyka oddziaływań jon-powierzchnia

Schemat różnych interakcji jon-powierzchnia (niewyczerpujący). (1) nadchodzący jon; (2) Rozpraszanie; (3) Neutralizacja i rozpraszanie; (4) rozpylanie lub odrzut; (5) Emisja elektronów; (6) Emisja fotonów; (7) Adsorpcja; (8) Przemieszczenie. LEIS jest wyjątkowy pod względem wysokiej czułości na pierwszą warstwę powierzchniową w próbce.

Kilka różnych rodzajów zdarzeń może mieć miejsce w wyniku uderzenia wiązki jonów w powierzchnię docelową. Niektóre z tych zdarzeń obejmują emisję elektronów lub fotonów, przenoszenie elektronów (zarówno na powierzchni, jak i na powierzchni), rozpraszanie , adsorpcję i rozpylanie (tj. wyrzucanie atomów z powierzchni). Dla każdego systemu i każdej interakcji istnieje przekrój interakcji , a badanie tych przekrojów jest dziedziną samą w sobie. Jak sama nazwa wskazuje, LEIS dotyczy przede wszystkim zjawisk rozpraszania.

Skład pierwiastkowy i model zderzeń dwóch ciał

Ze względu na zakres energii zwykle używany w eksperymentach z rozpraszaniem jonów (> 500 eV), skutki wibracji termicznych, oscylacji fononów i wiązania międzyatomowego są ignorowane, ponieważ są znacznie poniżej tego zakresu (~ kilka eV), a oddziaływanie cząstek i powierzchnię można traktować jako klasyczny problem sprężystej kolizji dwóch ciał . Pomiar energii jonów rozproszonych w tego typu oddziaływaniach może być wykorzystany do określenia składu pierwiastkowego powierzchni, jak pokazano na poniższym rysunku:

₀ W zderzeniach sprężystych dwóch ciał rządzą zasady zachowania energii i pędu . Rozważmy cząstkę o masie m _x , prędkości v i energii podanej jako ${\ Displaystyle E_ {0} = {\ tfrac {1} {2}} m_ {x} v_ {0} ^ {2}\,\!}$ uderza w inną cząstkę w spoczynku o masie m _y . Energie cząstek po zderzeniu wynoszą ${\ Displaystyle E_ {1} = {\ tfrac {1} {2}} m_ {x} v_ {1} ^ {2} \, \!} i$ mi $\ Displaystyle E_ {2} = {\ tfrac {1}{2}} m_ {y} v_ {2} ^ {2} \, \!}$ gdzie ${\ Displaystyle E_ {0} = E_ {1 }+E_{2}\,\!}$ a zatem ${\ Displaystyle {\ tfrac {1} {2}} m_ {x} v_ {0} ^ {2} = {\ tfrac {1} {2}} m_ {x} v_ {1} ^ { 2}+{\tfrac {1}{2}}m_{y}v_{2}^{2}\,\!}$ . Ponadto wiemy, ${\ Displaystyle m_ {x} v_ {0} = m_ {x} v_ {1} \ cos \ theta _ {1}+m_{y}v_{2}\cos \theta_{2}\,\!}$ . Za pomocą trygonometrii jesteśmy w stanie określić

{\ Displaystyle E_ {1} = E_ {0} \ lewo ({\ Frac { m_{x}\cos \theta_{1}\pm {\sqrt {m_{y}^{2}-m_{x}^{2}\sin ^{2}\theta_{1}}}} {m_{x}+m_{y}}}\prawo)^{2}}

Podobnie wiemy

{\ Displaystyle E_ {2} = E_ {0} \ lewo ({\ Frac {4m_ {x} m_{y}cos^{2}(\theta_{1})}{(m_{x}+m_{y})^{2}}}\right)}

₀ W dobrze kontrolowanym eksperymencie energia i masa jonów pierwotnych (odpowiednio E i m _x ) oraz geometria rozpraszania lub odrzutu są znane, więc określenie składu pierwiastkowego powierzchni jest określone przez korelację między E ₁ lub E ₂ i mój _y . Wyższe piki rozpraszania energii odpowiadają cięższym atomom, a niższe piki energii odpowiadają lżejszym atomom.

Pierwsze ilościowe

O ile uzyskanie informacji jakościowych na temat składu pierwiastkowego powierzchni jest stosunkowo proste, to w celu uzyskania informacji ilościowych konieczne jest zrozumienie statystycznego przekroju interakcji między jonem a atomami powierzchni . Innymi słowy, łatwo jest dowiedzieć się, czy dany gatunek jest obecny, ale znacznie trudniej jest określić, ile tego gatunku tam jest.

Model kolizji dwóch ciał nie daje wyników ilościowych, ponieważ ignoruje wkład odpychania kulombowskiego , a także bardziej skomplikowane efekty ekranowania ładunku przez elektrony. Jest to generalnie mniejszy problem w eksperymentach MEIS i RBS, ale stwarza problemy w LEIS. Odpychanie kulombowskie zachodzi między dodatnio naładowanymi jonami pierwotnymi a jądrami atomów powierzchniowych. Potencjał interakcji jest podany jako:

{\ Displaystyle V (r) = {\ Frac {Z_ {1} Z_ {2} e ^ {2}} {r}} \ phi (r)\qquad (1)}

Gdzie ${\ Displaystyle Z_ {1} \, \!}$ $i są liczbami atomowymi odpowiednio podstawowego jonu i atomu powierzchniowego, Z 1 {\ Displaystyle Z_$ {1} \ $}$ $}$ $,$ to $.$ elementarny , to międzyatomowa, a to funkcja ${\ Displaystyle \ phi (r) \, \!}$ odpowiada za interferencję elektronów krążących wokół każdego jądra. W przypadku MEIS i RBS potencjał ten można wykorzystać do obliczenia przekroju poprzecznego rozpraszania Rutherforda (patrz rozpraszanie Rutherforda ) ${\ Displaystyle {\ tfrac {d \ sigma}} {d \ Omega}}}$ :

Odpychające rozpraszanie przez cząstkę punktową.

{\ Displaystyle {\ Frac {d \ sigma}} {d \ Omega}} = \ lewo ({\ frac {Z_{1}Z_{2}e^{2}}{4E_{0}}}\right)^{2}{\frac {1}{\sin ^{4}\left({\frac { \theta }{2}}\right)}}\qquad (2)}

Jak pokazano po prawej stronie, reprezentuje skończony obszar dla nadchodzącej cząstki, podczas gdy $re$ $\ Displaystyle d \ Omega \, \!}$ reprezentuje stały kąt rozpraszania po zdarzeniu . Jednak dla LEIS $,$ uniemożliwia tak czystą analizę Dodatkowo przy użyciu wiązek jonów gazu szlachetnego istnieje duże prawdopodobieństwo zneutralizowania przy uderzeniu (który ma silną zależność kątową) ze względu na silne pragnienie, aby te jony znajdowały się w neutralnym, zamkniętym stanie powłoki. Powoduje to słaby strumień jonów wtórnych. Zobacz AISS i TOF-SARS poniżej, aby poznać sposoby uniknięcia tego problemu.

Cieniowanie i blokowanie

Efekty cieniowania i blokowania w dwóch wymiarach. Żadne jony nie zostaną wykryte pod kątem poniżej

{\ Displaystyle \ alpha _ {crit}. \, \!}

Jony pierwotne zbliżają się z lewego górnego rogu.

Cieniowanie i blokowanie są ważnymi koncepcjami w prawie wszystkich typach interakcji jon-powierzchnia i wynikają z odpychającej natury interakcji jon-jądro. Jak pokazano po prawej stronie, gdy strumień jonów przepływa równolegle w kierunku centrum rozpraszania (jądra), każdy z nich jest rozpraszany zgodnie z siłą odpychania kulombowskiego. Efekt ten jest znany jako cieniowanie . W prostym modelu odpychania kulombowskiego wynikowy obszar „zakazanej” przestrzeni za centrum rozpraszania przyjmuje postać paraboloidy o promieniu ${\ Displaystyle r = 2 {\ sqrt {\ tfrac {Z_ {1} Z_ {2} e ^ {2} L {E_ {0}}}}}$ na odległość L od centrum rozpraszania. Gęstość strumienia zwiększa się w pobliżu krawędzi paraboloidy.

Blokowanie jest ściśle związane z cieniowaniem i obejmuje interakcję między rozproszonymi jonami a sąsiednim centrum rozpraszania (jako takie z natury wymaga obecności co najmniej dwóch centrów rozpraszania). Jak pokazano, jony rozproszone z pierwszego jądra są teraz na rozbieżnych ścieżkach , gdy przechodzą interakcję z drugim jądrem. Ta interakcja skutkuje kolejnym „stożkiem cienia”, zwanym teraz stożkiem blokującym, w którym jony rozproszone z pierwszego jądra są blokowane przed wyjściem pod kątami poniżej ${\ displaystyle \ alpha _ {crit} \, \!}$ . Efekty ogniskowania ponownie skutkują zwiększoną gęstością strumienia w pobliżu ${\ displaystyle \ alpha _ {crit} \, \!$ }

Zarówno w przypadku zacieniania, jak i blokowania, „zakazane” obszary są w rzeczywistości dostępne dla trajektorii, gdy masa nadchodzących jonów jest większa niż masa atomów powierzchniowych (np. Ar ⁺ uderzające Si lub Al ). W tym przypadku region będzie miał skończoną, ale zubożoną gęstość strumienia .

W przypadku jonów o wyższej energii, takich jak te stosowane w MEIS i RBS, koncepcje cieniowania i blokowania są stosunkowo proste, ponieważ dominują oddziaływania jon-jądro, a efekty ekranowania elektronów są nieistotne. Jednak w przypadku LEIS te efekty przesiewowe zakłócają interakcje jon-jądro, a potencjał odpychający staje się bardziej skomplikowany. Ponadto bardzo prawdopodobne jest wielokrotne rozproszenie, co komplikuje analizę. Co ważne , ze względu na niższą energię zastosowanych jonów LEIS charakteryzuje się zwykle dużymi przekrojami interakcji i promieniami stożków cienia. Z tego powodu głębokość penetracji jest niska, a metoda ma znacznie wyższą czułość pierwszej warstwy niż MEIS lub RBS. Ogólnie rzecz biorąc, koncepcje te są niezbędne do analizy danych w eksperymentach LEIS związanych z kolizjami (patrz poniżej).

Dyfrakcja nie odgrywa większej roli

Długość fali de Broglie'a jonów używanych w eksperymentach LEIS jest podana jako $\ Displaystyle \ lambda = {\ tfrac {h} {mv}}}$ { Używając najgorszego przypadku wartości 500 eV dla jonu ⁴ He ⁺ , widzimy, że λ nadal wynosi tylko 0,006 Å, wciąż znacznie poniżej typowego odstępu międzyatomowego wynoszącego 2-3 Å. Z tego powodu efekty dyfrakcji nie są znaczące w normalnym eksperymencie LEIS.

Geometria ICISS i jej znaczenie dla charakterystyki strukturalnej powierzchni. Kierunek i długość wiązania powierzchniowo-podpowierzchniowego można określić na podstawie wykresu intensywności

funkcji

. Czerwony: określenie kształtu stożka cienia; Zielony: określanie odległości i kierunku powierzchnia-podpowierzchnia za pomocą znanego kształtu stożka cienia.

Wariacje techniki

W zależności od konkretnej konfiguracji eksperymentu, LEIS może być wykorzystany do uzyskania różnych informacji o próbce. Poniżej przedstawiono kilka z tych metod.

Spektroskopia rozpraszania jonów alkalicznych (AISS) wykorzystuje jony alkaliczne zamiast jonów gazu szlachetnego, aby uzyskać wyraźnie inny rodzaj interakcji. Podstawową różnicą między AISS a normalnym ISS jest wzrost prawdopodobieństwa przeżycia jonów przy użyciu jonów alkalicznych. Wynika to ze względnej stabilności jonów alkalicznych (+1) w przeciwieństwie do jonów gazów szlachetnych, które mają znacznie silniejszą motywację energetyczną do pobierania elektronów z próbki. Zwiększenie prawdopodobieństwa przeżycia jonów powoduje wzrost strumienia jonów oraz poprawa czułości, co z kolei pozwala na zmniejszenie strumienia jonów pierwotnych do punktu, w którym metoda jest prawie nieniszcząca . Wadą stosowania jonów alkalicznych zamiast jonów gazów szlachetnych jest zwiększone prawdopodobieństwo adsorpcji lub osadzania się na powierzchni próbki.
Spektroskopia rozpraszania jonów w zderzeniach uderzeniowych (ICISS) wykorzystuje cieniowanie i blokowanie w celu precyzyjnego określenia odległości międzyatomowych pierwszych 1-2 warstw na powierzchni. Specyficzna geometria rozpraszania (180 stopni) zapewnia wykrywanie tylko tych cząstek, które uległy czołowym zderzeniom z atomami powierzchniowymi (unikając w ten sposób komplikacji wielokrotnych zdarzeń rozpraszania). Rozpoczęcie próbkowania przy stosunkowo dużym kącie padania i skanowanie pod różnymi kątami padania, intensywność monitorowany jest jeden konkretny szczyt energii. Rozproszone jony tworzą stożki cienia (patrz wyżej) za każdym atomem, co zapobiega rozpraszaniu wstecznemu przy niskich kątach padania. Szczyt intensywności rozpraszania obserwuje się, gdy czopki ustawiają się w jednej linii w taki sposób, że każdy przechodzi nad sąsiednim atomem. Przeprowadzenie takiej analizy na próbce o znanych odstępach międzyatomowych umożliwia określenie kształtu stożka cienia, gdzie jak pokazano po prawej ${\ displaystyle r = d \ sin \ alpha _ {crit }\,\!}$ i ${\ Displaystyle L = d \ cos \ alfa _ {krytyka} \, \!$ }

Wykres intensywności w funkcji kąta padania dla rozpraszania z atomu podpowierzchniowego w geometrii ICISS. Kierunkowość wiązania powierzchnia-podpowierzchnia (patrz diagram powyżej) można wywnioskować z ${\ displaystyle \ alpha _ {0} \, \!}$ . Długość tego wiązania można wywnioskować z $i$ $Displaystyle \ alpha _ {1} \, \!}$ gdy kształt stożka cienia jest równy znany.

Jeśli znany jest kształt stożka cienia, odległość międzyatomowa między atomami powierzchniowymi, a także odległość i kierunkowość między atomami powierzchniowymi i podpowierzchniowymi można następnie obliczyć z wynikowej struktury szczytowo-dolinowej na wykresie intensywności w funkcji kąta rozpraszania. Na wykresie po prawej stronie, przedstawiającym intensywność rozpraszania z atomu podpowierzchniowego (drugiej warstwy), odpowiada środkowi „doliny”, w której atom jest blokowany przez $.$ atom. ${\ Displaystyle \ alpha _ {1} \, \!}$ i ${\ displaystyle \ alpha _ {2} \, \!}$ odpowiadają pikom spowodowanym przecięciem stożka cienia z atomem podpowierzchniowym. Odstępy międzyatomowe można obliczyć bezpośrednio z tych wartości, jeśli znany jest kształt stożka cienia.
Neutralna spektroskopia rozpraszania jonów zderzeń neutralnych (NICISS) wykorzystuje wykrywanie wstecznie rozproszonych pocisków do określenia profili głębokości koncentracji pierwiastków. Technika NICISS wykorzystuje jony gazów szlachetnych (zwykle He ⁺ ) o energii 1-5 keV. Kiedy jony pocisku znajdują się w odległości kilku angstremów od powierzchni, są neutralizowane i zaczynają penetrować powierzchnię. Pociski mogą zostać rozproszone wstecz (pod kątem do 180°) po zderzeniu z docelowym atomem. To rozpraszanie wsteczne powoduje, że pociski tracą energię proporcjonalną do masy celu i jest rzędu kilkuset eV. Końcową energię pocisków określa się za pomocą czas przelotu (TOF). Stąd znając początkową i końcową energię pocisku, można określić tożsamość docelowego atomu. Pociski doświadczają również dodatkowej utraty energii podczas penetracji masy, rzędu kilku eV na angstrem. Stąd można również określić głębokość, na jaką został trafiony każdy atom docelowy. Z widma TOF można więc uzyskać profile głębokości stężeń pierwiastków obecnych w próbce. NICISS jest w stanie sondować do głębokości około 20 nm z rozdzielczością zaledwie kilku angstremów.
Reaktywne rozpraszanie jonów (RIS) wykorzystuje strumień jonów Cs ^{+ o bardzo niskiej energii (1-100 eV)} do sondowania cząsteczek zaadsorbowanych na powierzchni próbki. Po uderzeniu jony mogą wchodzić w interakcje i chemicznie wiązać się z gatunkami obecnymi na powierzchni. Te interakcje zachodzą w szybkiej ( pikosekundowej ) skali czasowej i mogą być wykorzystane do analizy obecności różnych cząsteczek lub fragmentów cząsteczek poprzez obserwację widm Cs-X ⁺ pochodzących z powierzchni.
czasu przelotu (TOF-SARS) wykorzystuje konfigurację analizy TOF. Analizę elementarną można przeprowadzić poprzez obserwację rozpraszania w płaszczyźnie, podczas gdy informacje strukturalne można uzyskać, śledząc pewne piki widmowe, przesuwając padanie próbki lub kąt azymutu.
Spektroskopia obrazowania z rozpraszaniem i odrzutem (SARIS) wykorzystuje blokowanie geometrii stożków do skupiania jonów w sposób podobny do konwencjonalnej optyki . Daje to bardzo duże powiększenia (~10 ⁹ ) przy rzutowaniu na detektor 2-d i może być wykorzystane do uzyskania obrazów powierzchni próbki specyficznych dla pierwiastków. Zastosowanie szerokiego 2-d detektora MCP znacznie skraca czas analizy próbki w przeciwieństwie do geometrii TOF z detektorem z natury wąskim (patrz rurka dryfowa powyżej). J. Wayne Rabalais z University of Houston jest jednym z pionierów tej metody, a dobry obraz wyników eksperymentu SARIS można znaleźć tutaj .

Porównanie z innymi technikami analitycznymi

rozpraszania jonów o średniej energii (MEIS) i rozpraszania wstecznego Rutherforda (RBS) obejmują podobną konfigurację do LEIS, ale wykorzystują jony w zakresie energii ~ 100 keV (MEIS) i ~ 1-2 MeV (RBS) do sondowania powierzchni. Czułość powierzchniowa jest tracona w wyniku użycia cząstek o wyższej energii, więc chociaż MEIS i RBS mogą nadal dostarczać informacji o próbce, nie są w stanie zapewnić prawdziwej czułości pierwszej warstwy.
Spektrometria mas jonów wtórnych (SIMS) polega na wykrywaniu form jonów wyrzucanych z powierzchni w wyniku zderzenia cząstek energetycznych. Chociaż SIMS jest w stanie podać profile głębokości składu pierwiastkowego próbki, jest to metoda z natury destrukcyjna i generalnie nie dostarcza strukturalnych .
Rentgenowska spektroskopia fotoelektronów (XPS) jest zdolna do powierzchniowej analizy elementarnej, ale pobiera znacznie szerszy obszar próbki niż LEIS, więc nie jest w stanie odróżnić pierwszej warstwy od warstw podpowierzchniowych. Ponieważ XPS opiera się na wyrzucaniu elektronów na poziomie rdzenia z atomów, nie jest w stanie wykryć atomów wodoru lub helu w próbce.
Dyfrakcja elektronów niskoenergetycznych (LEED) jest często stosowana w połączeniu z LEIS w celu ułatwienia prawidłowego wyrównania próbki. LEED może dostarczyć szczegółowych informacji strukturalnych o próbce, w tym nadstruktury powierzchni i wyrównanie adsorbatów . LEED nie jest specyficzny dla pierwiastków i dlatego nie może być używany do określania składu pierwiastkowego powierzchni.
Spektroskopia elektronów Augera (AES) polega na wykrywaniu elektronów emitowanych w wyniku procesów wzbudzenia i relaksacji otworu rdzeniowego. Ponieważ proces obejmuje poziomy rdzenia, jest niewrażliwy na atomy wodoru i helu. Wyniki AES można zwykle wykorzystać do wywnioskowania informacji na temat środowiska chemicznego poszczególnych atomów na powierzchni.

Behrisch, R.; W. Heilanda; W. Poschenrieder; P. Staib; H. Verbeeka (1973). Oddziaływanie powierzchniowe jonów, rozpylanie i zjawiska pokrewne . Gordon and Breach, Science Publishers Ltd. ISBN 0-677-15850-5 .
Rabalais, J. Wayne (2003). Zasady i zastosowania spektrometrii rozpraszania jonów: analiza chemiczna i strukturalna powierzchni . John Wiley & Sons, Inc. ISBN 0-471-20277-0 .
Oura, K.; VG Lifshits; AA Saranin; AV Zotow; M. Katayama (2003). Nauka o powierzchni: wprowadzenie . Springer-Verlag Berlin Heidelberg. ISBN 3-540-00545-5 .

Linki zewnętrzne

[1] , J. Wayne. Profesor chemii na Uniwersytecie Lamar.
Calipso , dostawca analiz wykorzystujących LEIS. Zawiera kilka fajnych notatek aplikacyjnych.
ION-TOF , dostawca oprzyrządowania do LEIS i TOF-SIMS o wysokiej czułości.
Tascon , witryna LEIS - z przykładami zastosowań - Tascon, dostawcy rozwiązań do analizy powierzchni z LEIS o wysokiej czułości (a także TOF-SIMS i XPS).
Kratos , dostawca różnorodnych instrumentów do analizy powierzchni, w tym AES, ISS i XPS. Zawiera omówienie różnych zastosowań w analizie powierzchni.
Omicron NanoTechnology , dostawca rozwiązań dla wymagań analitycznych w warunkach UHV w dziedzinie nauki o powierzchni i nanotechnologii. Zawiera interesujące zastosowania, publikacje i techniki.

Zobacz też