Микрозонда является инструментом , который применяется стабильным и хорошо сфокусированный пучок заряженных частиц ( электронов или ионов ) в образце.
Типы
Когда первичный пучок состоит из ускоренных электронов, зонд называется электронным микрозондом , когда первичный пучок состоит из ускоренных ионов, используется термин ионный микрозонд . Термин микрозонд также может применяться к оптическим аналитическим методам, когда прибор настроен на анализ микропроб или микроплощадок более крупных образцов. Такие методы включают микро- спектроскопию комбинационного рассеяния , микро- инфракрасную спектроскопию и микро- LIBS . Все эти методы включают в себя модифицированные оптические микроскопы для определения местоположения анализируемой области, направления зондирующего луча и сбора аналитического сигнала.
Лазерный микрозонд представляет собой массы - спектрометр , который использует ионизацию с помощью импульсного лазера и последующего анализа масс - генерируемых ионов. [1] [2] [3]
Использует
Ученые используют этот пучок заряженных частиц для определения элементного состава твердых материалов ( минералов , стекла , металлов ). [4] химический состав мишени можно найти из элементарных данных , извлеченных с помощью испускаемых рентгеновских лучей (в том случае , когда первичный пучок состоит из заряженных электронов) или измерение излучаемого вторичного пучка материала распыленного из мишени (в случай, когда первичный пучок состоит из заряженных ионов).
Когда энергия ионов находится в диапазоне нескольких десятков кэВ ( килоэлектронвольт ), эти микрозонды обычно называют FIB ( сфокусированный ионный пучок ). ФИП превращает небольшую часть материала в плазму; анализ выполняется теми же основными методами, что и в масс-спектрометрии .
Когда энергия ионов выше, от сотен кэВ до нескольких МэВ ( мегаэлектронвольт ), их называют ядерными микрозондами. Ядерные микрозонды - чрезвычайно мощные инструменты, которые используют методы ионно-лучевого анализа в виде микроскопов с размером пятна в диапазоне микро- / нанометров. Эти инструменты применяются для решения научных задач в самых разных областях, от микроэлектроники до биомедицины. Помимо разработки новых способов использования этих зондов в качестве аналитических инструментов (эта область применения ядерных микрозондов называется ядерной микроскопией ), в последнее время был достигнут значительный прогресс в области модификации материалов (большинство из которых можно описать как PBW , запись протонного пучка ).
Луч ядерного микрозонда [5] обычно состоит из протонов и альфа-частиц . Энергия пучка некоторых из самых современных ядерных микрозондов превышает 2 МэВ. Это дает устройству очень высокую чувствительность к мельчайшим концентрациям элементов, около 1 ppm при размере луча менее 1 микрометра . Эта элементная чувствительность существует потому, что когда луч взаимодействует с образцом, он испускает характерные рентгеновские лучи каждого элемента, присутствующего в образце. Этот тип обнаружения излучения называется PIXE . В ядерной микроскопии применяются и другие методы анализа, включая метод обратного резерфордовского рассеяния (RBS), STIM и т. Д.
Еще одно применение микрозондов - это производство микро- и наноразмерных устройств, например, в микроэлектромеханических системах и наноэлектромеханических системах . [6] Преимущество микрозондов перед другими процессами литографии состоит в том, что луч микрозонда можно сканировать или направлять на любую область образца. Это сканирование луча микрозонда можно представить как использование карандаша с очень тонким наконечником для рисования вашего рисунка на бумаге или в программе для рисования. В традиционных процессах литографии используются фотоны, которые невозможно сканировать, поэтому маски необходимы для выборочного воздействия излучения на образец. Именно радиация вызывает изменения в образце, что, в свою очередь, позволяет ученым и инженерам разрабатывать крошечные устройства, такие как микропроцессоры, акселерометры (как в большинстве систем безопасности автомобилей) и т. Д.
Рекомендации
- ^ Hillenkamp, F .; Unsöld, E .; Kaufmann, R .; Ницше, Р. (1975). «Высокочувствительный лазерный микрозондовый масс-анализатор». Прикладная физика . 8 (4): 341–348. Bibcode : 1975ApPhy ... 8..341H . DOI : 10.1007 / BF00898368 . ISSN 0340-3793 . S2CID 135753888 .
- ^ Денуайер, Эрик .; Ван Грикен, Рене .; Адамс, Фред .; Натуш, Дэвид ФС (1982). «Лазерная микрозондовая масс-спектрометрия. 1. Основные принципы и рабочие характеристики». Аналитическая химия . 54 (1): 26–41. DOI : 10.1021 / ac00238a001 . ISSN 0003-2700 .
- ^ Ван Век, Л. (1997). "Лазерная микрозондовая масс-спектрометрия: принцип и применение в биологии и медицине". Cell Biology International . 21 (10): 635–648. DOI : 10,1006 / cbir.1997.0198 . ISSN 1065-6995 . PMID 9693833 . S2CID 7601994 .
- ^ SJB Reed (25 августа 2005 г.). Электронно-микрозондовый анализ и растровая электронная микроскопия в геологии . Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-1-139-44638-9.
- ^ Иван Ллабадор; Филипп Моретто (1998). Применение ядерного микрозонда в науках о жизни: эффективный аналитический метод для исследований в биологии и медицине . World Scientific . ISBN 978-981-02-2362-5.
- ^ Хуан Хименес (15 ноября 2002 г.). Микрозондовая характеристика оптоэлектронных материалов . CRC Press . ISBN 978-1-56032-941-1.