Атом зонд - Atom probe - Wikipedia

Атом зонынан алынған мәліметтерді визуалдау, әр нүкте анықталған буланған иондардан қалпына келтірілген атом күйін білдіреді.

The атом зонд кезінде енгізілді 14-ші далалық эмиссия симпозиумы, 1967 ж арқылы Эрвин Вильгельм Мюллер және Паниц Дж. Бұл а өрісті ионды микроскоп бөлшектерді анықтаудың жалғыз мүмкіндігі бар масс-спектрометрмен және аспап алғаш рет «... бақылаушының қалауы бойынша металл бетінде көрінетін және көрші атомдардан таңдалған бір жалғыз атомның табиғатын анықтай» алады.[1]

Атом зондтары әдеттегі оптикалық немесе сияқты емес электронды микроскоптар ұлғайту эффектісі сәулелену жолдарын манипуляциялаудан гөрі, жоғары қисық электр өрісі беретін ұлғайтудан туындайды. Әдіс табиғатта иондарды кескіндеу және идентификациялау үшін оларды үлгі бетінен алып тастап, жеке атомдарды байқау үшін үлкейтуді тудырады, өйткені оларды үлгі бетінен шығарады. Бұл үлкейту әдісін біріктіру арқылы ұшу масс-спектрометриясының уақыты, электрлік импульстарды қолдану арқылы буланған иондар олардың заряд-масса қатынасын есептей алады.[2]

Материалдың дәйекті булануы арқылы үлгілерден атомдардың қабаттары алынып тасталады, бұл тек бетті ғана емес, сонымен қатар материалдың өзі арқылы зондтауға мүмкіндік береді.[3] Компьютерлік әдістер үлгінің булануына дейін үш өлшемді көрінісін қалпына келтіру үшін қолданылады, үлгінің құрылымы туралы атомдық масштабтағы ақпарат береді, сонымен қатар типтік атом түрлері туралы ақпарат береді.[4] Құрал үш өлшемді қайта құруға миллиардтағанға дейін мүмкіндік береді атомдар өткір ұшынан (10000-1000000 көлеміне сәйкес келеді)нм3).

Шолу

Атом зондтарының үлгілері, мысалы, линзаларды тікелей қолдануға қарағанда, нәтижесінде үлкейтуді күшейту үшін жоғары қисық электрлік потенциалды қамтамасыз ету үшін кескінделген. магниттік линзалар. Сонымен қатар, қалыпты жұмыс кезінде (өрістің иондану режимдерінен айырмашылығы) атом зонды үлгіні зондтау үшін қайталама көзді қолданбайды. Керісінше, үлгіні бақылаулы түрде буландырады (өрісті буландыру) және буланған иондарды детекторға тигізеді, ол әдетте 10-100 см қашықтықта болады.

Үлгілер ине геометриясына ие болуы керек және TEM сынамасын дайындау сияқты әдістермен шығарылады электролиздеу, немесе фокустық ион сәулесі әдістер. 2006 жылдан бастап лазерлік импульсі бар коммерциялық жүйелер қол жетімді болды және бұл тек металлдан жасалған үлгілерден жартылай өткізгішке, керамика сияқты оқшаулағышқа, тіпті геологиялық материалдарға қолдануды кеңейтті.[5]100-ге сәйкес радиустары бар, жоғары электр өрісін тудыру үшін жеткілікті ұшты радиусты өндіруге көбінесе қолмен дайындаладынм.

Атом зонды экспериментін жүргізу үшін өте өткір ине тәрізді үлгіні анға орналастырады ультра жоғары вакуум камера. Вакуумдық жүйеге енгізгеннен кейін үлгіні криогендік температураға дейін төмендетеді (әдетте 20-100 К) және иненің нүктесі иондық детекторға бағытталған етіп өңделеді. Үлгіге жоғары кернеу қолданылады, немесе лазерлік импульс үлгіге немесе қарсы электродқа жүздеген килогерц диапазонында импульстің қайталану жылдамдығымен кернеу импульсі қолданылады (әдетте 1-2 кВ). Импульсті үлгіге қолдану сынаманың бетіндегі ион ретінде белгілі уақытта белгілі бір атомдарды шығаруға мүмкіндік береді. Әдетте импульс амплитудасы және үлгідегі жоғары кернеу бір уақытта тек бір атомды иондануға шақыру үшін компьютермен басқарылады, бірақ бірнеше рет иондалуы мүмкін. Импульстің қолданылуы мен детектордағы иондардың (дардың) анықталуы арасындағы кешігу заряд пен массаның арақатынасын есептеуге мүмкіндік береді.

Атом зонында ұшу уақыты әдісімен есептелген атомдық массаның белгісіздігі материал ішінде жеке изотоптарды табуға мүмкіндік беретін жеткілікті аз болғанымен, бұл белгісіздік кейбір жағдайларда атом түрлерінің түпнұсқалық идентификациясын шатастыруы мүмкін. Бірнеше электрондарды алып тастаған әртүрлі иондардың суперпозициясы немесе булану кезінде күрделі түрлердің пайда болуы сияқты әсерлер екі немесе одан да көп түрдің ұшу уақытына жақын идентификацияны мүмкін етпеуі үшін жеткілікті түрде жақын болуы мүмкін.

Тарих

Далалық ионды микроскопия

Негізгі мақала: Далалық ионды микроскопия

Өрісті ионды микроскопия - модификациясы өріс эмиссиясының микроскопиясы мұнда өткір ине тәрізді ұшынан туннельдік электрондар ағыны шығады ұшы катод жеткілікті жоғары электр өрісіне ұшыраған кезде (~ 3-6 В / нм).[6] Ине фосфорлы экранға бағытталған, оның кескінін проекциялау үшін жұмыс функциясы ұшында. Кванттық механикалық әсерлерге және электрондар жылдамдығының бүйірлік өзгеруіне байланысты кескіннің ажыратымдылығы (2-2,5 нм) шектелген.[7]

Далалық ионды микроскопияда ұшы криогенмен салқындатылып, оның полярлығы өзгертіледі. Қашан бейнелеуіш газ (әдетте сутегі немесе гелий) төмен қысымда енгізіледі (<0,1 Паскаль) ұштары жоғары электр өрісіндегі газ иондары өріс иондалған және ұшында шығыңқы атомдардың проекциялық бейнесін шығарыңыз. Кескіннің ажыратымдылығы ең алдымен ұштың температурасымен анықталады, бірақ 78 Кельвиннің өзінде атомдық ажыратымдылыққа қол жеткізіледі.[8]

10-сантиметрлік зонд

The 10-сантиметрлік зонд, 1973 жылы ойлап тапты Паниц Дж [9] «жаңа және қарапайым атомдық зонд, ол жылдамдықты тереңдетуге мүмкіндік береді, немесе оның предшественники ұсынған әдеттегідей атомдар бойынша анализ жасауға мүмкіндік береді ... көлемі екі литрден аспайтын аспапта, ұштың қозғалысы қажет емес және булану импульстің тұрақтылығы мен алдыңғы жобаларға сәйкес келу проблемалары жойылды ». Бұл а-ны біріктіру арқылы жүзеге асты масс-спектрометрдің ұшу уақыты (TOF) жақындығы фокусталған, екі арналы тақта детекторымен, 11,8 см дрейф аймағымен және 38 ° көру аймағымен. Өріс эмитентінің ұшынан алынған атомдардың FIM кескінін немесе десорбциялық кескінін алуға болады. 10-сантиметрлік атомдық зонд деп аталады ата-баба коммерциялық құралдарды қоса алғанда кейінгі атом зондтарының[10]

Atom Probe бейнелеу

The Атом-зондты бейнелеу (IAP) 1974 жылы енгізілген Паниц Дж. Ол 10 см-лік атом-зондтың ерекшеліктерін қамтыды, «... атом зондтарының философиясынан [алдыңғы] толығымен кетеді. Алдын ала таңдалған иондық кескінді дақ шығаратын жер үсті түрлерінің сәйкестігін анықтауға тырысудың орнына, алдын-ала таңдалған масса мен зарядтың арақатынасының беткі түрлерінің толық кристаллографиялық таралуын анықтағымыз келеді. Енді детекторды үздіксіз басқарудың орнына, ол алдын ала таңдалған қызығушылық түрінің пайда болуымен қысқа уақытқа сәйкес келеді. қақпа соғысы булану импульсі үлгіге жеткеннен кейін Т уақыт. Егер қақпа импульсінің ұзақтығы іргелес түрлер арасындағы жүру уақытынан аз болса, тек бірегей жүру уақыты Т болатын жер үсті түрлері ғана анықталып, оның толық кристаллографиялық таралуы көрсетіледі ». [11] Ол 1975 жылы патенттелген Далалық десорбция спектрометрі.[12] Imaging Atom-Probe моникерін 1978 жылы А. Дж. Воу ұсынған және сол жылы Дж. Паниц бұл құралды егжей-тегжейлі сипаттаған.[13][14]

Atom Probe Tomography (APT)

Қазіргі заманғы атом зондтарының томографиясы (APT) атомдардың бүйірлік орналасуын анықтау үшін позицияға сезімтал детекторды қолданады. Дж.А. Паництің шабыттандырған APT идеясы Далалық десорбция спектрометрі 1983 жылдан бастап Майк Миллер әзірлеген және 1986 жылы алғашқы прототиппен аяқталған патент.[4] 1988 жылы Оксфорд университетінде Альфред Серезо, Теренс Годфри және Джордж Д.В. Смиттің позицияға сезімтал деп аталатын детекторды қолдануы бойынша аспапқа әр түрлі нақтыланулар енгізілді. Томографиялық атом зонды (TAP) Франциядағы Руан университетінің зерттеушілері 1993 жылы көпарналы уақыт жүйесін және мультиодинді массивті енгізді. Екі құрал да (PoSAP және TAP) коммерцияландырылған Оксфорд нанологиясы және CAMECA сәйкесінше. Содан бері құралдың көру өрісін, массаның және позицияның шешілуін және деректерді жинау жылдамдығын арттыру үшін көптеген нақтылау болды. Жергілікті электродтық атом зонасы алғаш рет 2003 жылы Imago Scientific Instruments ұсынған. 2005 жылы импульсті лазерлік атом зондының (PLAP) коммерциализациясы жоғары өткізгіш материалдардан (металдардан) нашар өткізгіштерге (кремний тәрізді жартылай өткізгіштер), тіпті оқшаулағыш материалдарға дейін зерттеу жолдарын кеңейтті.[15] AMETEK сатып алынған CAMECA 2007 ж. және Имаго ғылыми аспаптары (Madison, WI) 2010 жылы, компанияны әлемде 2019 жылы бүкіл әлемде орнатылған 110-нан астам құрал-жабдықтармен жалғыз жеке коммерциялық әзірлеушіге айналдырды.

APT-мен жұмыс істеудің алғашқы бірнеше онжылдықтары металдарға бағытталды. Алайда лазерлік импульсті атомдық зондтық жүйенің енгізілуімен қосымшалар жартылай өткізгіштерге, керамикалық және геологиялық материалдарға дейін кеңейіп, биоматериалдармен жұмыс істей бастады.[16] APT-ді қолдана отырып, биологиялық материалды зерттеудің ең жетілдірілген әдісі[16] тістердің химиялық құрылымын талдауға қатысты радула туралы хитон Chaetopleura apiculata.[17] Бұл зерттеуде APT қолдану қоршаған нано-кристаллдағы органикалық талшықтардың химиялық карталарын көрсетті магнетит хитон тістерінде, олар көбінесе бірге орналасқан натрий немесе магний.[17] Мұны зерттеу үшін әрі қарай жалғастырды піл тістері, дентин[18] және адам эмаль.[19]

Теория

Далалық булану

Өрістің булануы - бұл материалдың бетінде байланысқан атом жеткілікті жоғары және сәйкесінше бағытталған электр өрісі болған кезде пайда болатын әсер, мұндағы электр өрісі - электрлік потенциалдың (кернеудің) арақашықтыққа қатысты дифференциалы. Осы шарт орындалғаннан кейін, үлгі бетіндегі жергілікті байланыстың өріс арқылы жеңіліп, атомды буландыруға мүмкіндік береді, егер ол басқаша байланысқан болса.

Иондық ұшу

Материалдың өзінен буланған ба, әлде газдан иондалған ба, буланған иондар электростатикалық күшпен үдетіліп, энергияның көп бөлігін үлгіден бірнеше ұштық радиуста алады.[дәйексөз қажет ]

Кейіннен кез-келген берілген ионға үдеу күші басқарылады электростатикалық теңдеу, қайда n бұл ионның иондану күйі, және e негізгі электр заряды болып табылады.

Мұны ионның массасымен теңестіруге болады, м, Ньютон заңы арқылы (F = ma):

Иондық ұшудағы релятивистік эффекттер әдетте ескерілмейді, өйткені жүзеге асырылатын иондық жылдамдықтар жарық жылдамдығының өте аз бөлігі ғана.

Ионды өте қысқа уақыт аралығында үдетеді деп есептесек, ион тұрақты жылдамдықпен қозғалады деп есептеуге болады. Ион ұшынан бастап V кернеуде жүретін болғандықтан1 жердің белгілі бір потенциалына дейін, ионның жүру жылдамдығын иондану кезінде (немесе жақын) ионға берілген энергиямен бағалауға болады. Демек, иондық жылдамдықты келесі оң теңдеумен есептеуге болады, ол кинетикалық энергияны электр өрісінің әсерінен пайда болатын энергияның өсуіне, таза оң зарядты қалыптастыратын электрондардың жоғалуынан туындайтын теріске.[дәйексөз қажет ]

Қайда U ионның жылдамдығы. Шешу U, келесі қатынас табылған:

Айталық, белгілі бір иондану кернеуінде бірыңғай зарядталған сутегі ион нәтижесінде 1,4х10 ^ 6 мс жылдамдық алады−1 10 ~ кВ. Жалғыз зарядталған дейтерий ион үлгі жағдайында шамамен 1,4x10 ^ 6 / 1,41 мс алуы мүмкін еді−1. Егер детектор 1 м қашықтыққа қойылса, ионның ұшу уақыты 1 / 1.4x10 ^ 6 және 1.41 / 1.4x10 ^ 6 с-қа тең болар еді. Сонымен, егер булану уақыты белгілі болса, ионның келу уақытын ион түрін шығару үшін пайдалануға болады.

Жоғарыдағы теңдеуден, мұны көрсету үшін қайта реттеуге болады

белгілі ұшу қашықтығы берілген. F, ион үшін және белгілі ұшу уақыты, t,

және ионның зарядын алу үшін осы мәндерді ауыстыруға болады.

Осылайша, 2000 м нс уақытында 1 м ұшу жолын өтетін ион үшін 5000 В бастапқы үдеткіш кернеуі берілген (Si бірліктеріндегі V кг.m ^ 2.s ^ -3.A ^ -1) және бір аму 1 × 10 екенін ескере отырып−27 кг, зарядтың массаға қатынасы (масса-иондану мәнінің арақатынасы дәлірек) ~ 3.86 аму / зарядқа айналады. Алынған электрондардың саны және осылайша иондағы таза оң заряд тікелей белгілі емес, бірақ бақыланатын иондардың гистограммасынан (спектрінен) шығарылуы мүмкін.

Үлкейту

Атомдағы үлкейту иондардың ұсақ, үшкір ұшынан радиалды түрде проекциялауымен байланысты. Кейіннен алыс өрісте иондар үлкен үлкеюге ие болады. Бұл үлкейту жеке атомдардың әсерінен өрістің өзгеруін байқауға жеткілікті, осылайша жалғыз атомдарды бейнелеу үшін өрістің иондық және далалық булану режимдеріне мүмкіндік береді.

Атом зонды үшін проекцияның стандартты моделі - a айналымына негізделген эмитенттік геометрия конустық бөлім мысалы, сфера, гиперболоидты немесе параболоид. Осы ұштық модельдер үшін өріске арналған шешімдер жуықтаулы немесе аналитикалық жолмен алынуы мүмкін. Сфералық эмитенттің ұлғаюы ұштың радиусына кері пропорционалды, сфералық экранға проекциясы берілгенде, келесі теңдеуді геометриялық түрде алуға болады.

Қайда rэкран - бұл ұштық центрден анықтау экранының радиусы және rұшы ұш радиусы. Экранның қашықтықтағы практикалық кеңістігі бірнеше сантиметрден бірнеше метрге дейін созылуы мүмкін, детектордың ауданы ұлғаюы керек. көру өрісі.

Іс жүзінде қолданыстағы ұлғайту бірнеше эффекттермен шектелетін болады, мысалы булануға дейін атомдардың бүйірлік дірілі.

Өріс ионы мен атом зондтарының микроскоптарының үлкейтуі өте жоғары болғанымен, дәл үлкейту зерттелген үлгіге тән жағдайларға тәуелді, сондықтан әдеттегіден айырмашылығы электронды микроскоптар, көбейтуге тікелей бақылау аз болады, сонымен қатар алынған кескіндер жер бетіндегі электр өрісінің формасының ауытқуына байланысты қатты өзгермелі үлкейтуге ие болуы мүмкін.

Қайта құру

Позицияны сезгіш детектордан алынған иондар тізбегі туралы мәліметтерді атомдық типтерді үш өлшемді көрнекілікке есептеу түрлендіруі «қайта құру» деп аталады. Қайта құру алгоритмдері әдетте геометриялық негізделген және бірнеше әдеби тұжырымдамаларға ие. Қайта құруға арналған модельдердің көпшілігі ұшты сфералық объект деп болжайды және эмпирикалық түзетулерді қолданады стереографиялық проекция детектордың позицияларын 3D кеңістігінде орналасқан 2D бетіне қайта айналдыру үшін, R3. Бұл бетті R арқылы сыпыру арқылы3 иондар тізбегін енгізудің функциясы ретінде, мысалы, ионға тапсырыс беру арқылы, 2D детекторының позицияларын есептеуге және үш өлшемді кеңістікті орналастыруға болатын көлем пайда болады.

Әдетте сыпыру бетінің ілгерілеуінің қарапайым формасын алады, өйткені бет оның алға жылжу осіне қатысты симметриялы түрде кеңейтіледі, ал алға жылжу жылдамдығы әрбір ионға жатқызылған және анықталған көлеммен белгіленеді. Бұл соңғы қалпына келтірілген көлемнің бадминтонға ұқсас дөңгелек-конустық пішінге ие болуына әкеледі шаттлэк. Анықталған оқиғалар осылайша а бұлт ионға ұшу уақыты немесе эксперименттік түрде алынған шамалар сияқты эксперименттік өлшенген мәндермен мәліметтер, мысалы. ұшу уақыты немесе детектор туралы мәліметтер.

Деректерді манипуляциялаудың бұл түрі компьютердің жылдам визуалдауы мен талдауға мүмкіндік береді, бұл мәліметтер әр ионның массасы зарядталуы керек (жоғарыдағы жылдамдық теңдеуінен есептелген), кернеу немесе басқа қосалқы өлшенген шама немесе оларды есептеу сияқты қосымша ақпаратпен бірге ұсынылады. .

Деректер ерекшеліктері

Атомдық зондтар туралы мәліметтердің канондық ерекшелігі - бұл материалдың бағытталуы бойынша жоғары кеңістіктік ажыратымдылық, бұл реттелген булану реттілігіне жатқызылған. Сондықтан бұл деректер атомдық өткір көмілген интерфейстердің жанында химиялық ақпаратпен суреттей алады.

Булану процесінен алынған мәліметтер физикалық булану немесе иондану процесін құрайтын артефактілерсіз болмайды. Буланудың немесе далалық иондық кескіндердің басты ерекшелігі - бұл деректер тығыздығы атом масштабында үлгі бетінің гофрленуіне байланысты біртекті емес. Бұл гофр ұштық аймағында күшті электр өрісінің градиенттерін тудырады (атом радиустары бойынша немесе ұшынан аз), иондану кезінде иондарды электр өрісінен алшақтатады.

Нәтижесінде ауытқу дегеніміз, осы қисықтықтың жоғары аймақтарында атомдық террассалар анықтау тығыздығындағы күшті анизотропиямен есептеледі. Бұл жер бетіндегі бірнеше атомдардың әсерінен болатын жерде әдетте «полюс» деп аталады, өйткені олар үлгінің кристаллографиялық осьтерімен сәйкес келеді (FCC, BCC, HCP ) және т.с.с. атомдық террасаның шеттері ауытқуды тудыратын болса, төмен тығыздықты сызық түзіліп, оны «аймақ сызығы» деп атайды.

Бұл полюстер мен аймақ сызықтары, қайта жаңартылған мәліметтер жиынтығындағы деректердің тығыздығының ауытқуын тудыратын, кейінгі талдау кезінде проблемалы болуы мүмкін, бұрыштық үлкейту сияқты ақпаратты анықтау үшін өте маңызды, өйткені белгілер арасындағы кристаллографиялық байланыстар әдетте белгілі.

Деректерді қалпына келтіру кезінде материалдың дәйекті қабаттарының булануының арқасында, жанама және терең қалпына келтіру мәндері өте анизотропты болады. Аспаптың нақты ажыратымдылығын анықтау шектеулі қолданыста болады, өйткені құрылғының ажыратымдылығы талданатын материалдың физикалық қасиеттерімен белгіленеді.

Жүйелер

Көптеген жобалар әдіс пайда болғаннан бері салынды. Бастапқы далалық микроскоптар, қазіргі атом зондтарының ізашары, әдетте жеке зерттеу зертханаларында жасалған әйнекпен үрленетін қондырғылар болатын.

Жүйенің орналасуы

Кем дегенде, атомдық зонд бірнеше негізгі жабдықтардан тұрады.

  • Төмен қысымды ұстап тұруға арналған вакуумдық жүйе (~ 10)−8 10-ға дейін−10 Pa) қажет, әдетте классикалық 3 камералық UHV дизайны.
  • Вакуум ішіндегі үлгілерді манипуляциялау жүйесі, соның ішінде үлгілерді қарау жүйесі.
  • Атомдық қозғалысты төмендетуге арналған салқындату жүйесі, мысалы, гелий тоңазытқыш контуры - 15К төмен температуралық температураны қамтамасыз етеді.
  • Өрісті буландыру шегіне жақын жерде тұрақты кернеуді көтеруге арналған жоғары кернеу жүйесі.
  • Жоғары кернеулі импульстік жүйе, өрісті буландыру уақтылы оқиғаларын жасау үшін пайдаланыңыз
  • Қарапайым электрод, ол дискінің қарапайым формасы болуы мүмкін (мысалы, EIKOS ™ немесе алдыңғы буынның атом зондтары) немесе LEAP® жүйесіндегі сияқты жергілікті электрод тәрізді конус тәрізді. Кернеу импульсі (теріс) әдетте қарсы электродқа қолданылады.
  • XY позициясы мен TOF ақпаратын қамтитын жалғыз энергетикалық иондарды анықтау жүйесі.

Таңдау бойынша, егер атомдық зондта лазерлік-буландыру әдістері қолданылса, лазерлік сәулені бағыттауға және импульстеуге арналған лазерлік-оптикалық жүйелер болуы мүмкін. Жергілікті реакция жүйелерін, жылытқыштарды немесе плазмалық өңдеуді кейбір зерттеулерге, сондай-ақ FIM үшін таза асыл газды енгізуге пайдалануға болады.

Өнімділік

Иондардың жиналатын көлемдері бұрын бірнеше мың немесе он мың иондық оқиғалармен шектелетін. Кейінгі электроника мен аспаптарды дамыту деректердің жинақталу жылдамдығын арттырды, деректер жиынтығы жүздеген миллион атомдармен (деректер жиынтығы 10-ға тең)7 нм3). Деректерді жинау уақыты тәжірибелік жағдайларға және жиналған иондардың санына байланысты айтарлықтай өзгереді. Тәжірибелер бірнеше минуттан бірнеше сағатқа дейін созылады.

Қолданбалар

Металлургия

Атом зонды әдетте атом деңгейінде қорытпалар жүйесін химиялық талдауда қолданылады. Бұл кернеу импульсті атом зондтарының нәтижесінде жақсы химиялық және осы материалдардағы жеткілікті кеңістіктік ақпарат беру нәтижесінде пайда болды. Ірі дәнді қорытпалардан метал сынамаларын жасау оңай болуы мүмкін, әсіресе сым үлгілерінде, қолмен электрополяциялау әдістері жақсы нәтиже береді.

Кейіннен атом зонды кең қорытпалардың химиялық құрамын талдау кезінде қолданылды.

Мұндай деректер құйма материалдағы легирлеуші ​​заттардың әсерін анықтауда, қатты фазалық тұнбалар сияқты қатты күйдегі реакция ерекшеліктерін анықтауда маңызды болып табылады. Мұндай ақпарат басқа тәсілдермен талдануы мүмкін болмауы мүмкін (мысалы. TEM ) композициясы бар үш өлшемді деректер қорын құру қиындықтарына байланысты.

Жартылай өткізгіштер

Жартылай өткізгіш материалдарды көбінесе атом зондында талдауға болады, бірақ сынаманы дайындау қиынырақ болады және нәтижелерді түсіндіру күрделі болады, әсіресе жартылай өткізгіште электр өрісінің әр түрлі күштерінде буланатын фазалар болса.

Иондарды имплантациялау сияқты қосымшалардың жартылай өткізгіш материалдың ішіне таралуын анықтау үшін қолданылуы мүмкін, бұл қазіргі заманғы нанометрлік шкаланың электроникасын дұрыс жобалауда өте маңызды.

Шектеулер

  • Материалдар қол жетімді кеңістіктік шешімді жанама түрде басқарады.
  • Талдау кезіндегі үлгінің геометриясы бақыланбайды, бірақ проекциялау тәртібін басқарады, сондықтан үлкейтуге бақылау аз. Бұл компьютерде жасалған 3D деректер жиынтығының бұрмалануын тудырады. Қызығушылықтың ерекшеліктері жаппай үлгіге физикалық тұрғыдан өзгеріп, проекция геометриясын және қалпына келтірілген көлемнің ұлғаюын өзгерте алады. Бұл соңғы суреттегі кеңістіктік бұрмалануларды береді.
  • Дыбысты таңдау мүмкіндігі шектеулі болуы мүмкін. Учаскеге арнайы дайындық әдістері, мысалы. қолдану Шоғырланған ион сәулесі мұндай шектеулерді айналып өту үшін көп уақытты қажет ететін дайындық қолданылуы мүмкін.
  • Ионның кейбір үлгілерде қабаттасуы (мысалы, оттегі мен күкірттің арасында) екі жақты талданатын түрлерге әкелді. Мұны иондалған топтардың иондану санына (+, ++, 3+ және т.б.) әсер ету үшін тәжірибе температурасын немесе лазерлік кіріс энергиясын таңдау арқылы азайтуға болады. Деректерді талдау кейбір жағдайларда қабаттасуларды статистикалық қалпына келтіру үшін қолданыла алады.
  • Төмен молекулалық газдар (Сутегі & Гелий ) талдау камерасынан шығарып алу қиын болуы мүмкін, және егер олар бастапқы үлгіде болмаса да, адсорбцияланып, үлгіден шығарылуы мүмкін. Бұл кейбір үлгілердегі сутегі идентификациясын шектеуі мүмкін. Осы себеппен, өзгертілген шектеулерді жеңу үшін үлгілер қолданылды.[дәйексөз қажет ]
  • Нәтижелер 2D анықталған деректерді 3D форматына түрлендіру үшін қолданылатын параметрлерге байланысты болуы мүмкін. Неғұрлым проблемалы материалдарда шынайы үлкейту туралы шектеулі білім болғандықтан, дұрыс қалпына келтіру жасалмауы мүмкін; әсіресе аймақ немесе полюс аймақтары байқалмаса.

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Мюллер, Эрвин В.; Паниц, Джон А.; МакЛейн, С.Брукс (1968). «Атом-Зонд өрісіндегі иондық микроскоп». Ғылыми құралдарға шолу. 39 (1): 83–86. Бибкод:1968RScI ... 39 ... 83M. дои:10.1063/1.1683116. ISSN  0034-6748.
  2. ^ Мюллер, Е.В. (1970). «Атом-Зонд өрісіндегі иондық микроскоп». Naturwissenschaften. 5: 222–230. Журналға сілтеме жасау қажет | журнал = (Көмектесіңдер)
  3. ^ Миллер, М; Смит, Г. (1989). Atom Probe Microanalysis: принциптері және материалды мәселелерге қолдану. Материалдарды зерттеу қоғамы. ISBN  978-0-931837-99-9.
  4. ^ а б Миллер, М. (2000). Atom Probe Tomography: Атом деңгейіндегі талдау. Kluwer академиялық / пленум баспалары. ISBN  978-0-306-46415-7.
  5. ^ Алқап, Джон В .; Рейнхард, Дэвид А .; Кавоси, Аарон Дж.; Ушикубо, Такаюки; Лоуренс, Даниэль Ф .; Ларсон, Дэвид Дж.; Келли, Томас Ф .; Снойенбос, Дэвид Р .; Стрикленд, Ариэль (2015-07-01). «Хадалық және архейлік циркондардағы атомдық-зондтық томография және SIMS бойынша нано- және микро-геохронология: Ескі минералдарға арналған жаңа құралдар» (PDF). Американдық минералог. 100 (7): 1355–1377. Бибкод:2015AmMin.100.1355V. дои:10.2138 / am-2015-5134. ISSN  0003-004X. S2CID  51933115.
  6. ^ Гомер, Р (1961). Өрістің эмиссиясы және өрісті иондалу. Гарвард университетінің баспасы. ISBN  978-1-56396-124-3.
  7. ^ Tsong, T (1990). Атом зонды өрісі Ионды микроскопия: Өріс ионының эмиссиясы және беттік және атомдық ажыратымдылықтағы интерфейстер. Кембридж университетінің баспасы. ISBN  978-0-521-36379-2.
  8. ^ Мюллер, Эрвин В .; Бахадур, Канвар (1956). «Металл бетіндегі газдардың өрісті иондануы және өріс ионының микроскопының ажыратымдылығы». Физ. Аян. 102 (1): 624–631. Бибкод:1956PhRv..102..624M. дои:10.1103 / PhysRev.102.624.
  9. ^ Паниц, Джон А. (1973). «10 сантиметрлік зонд». Ғылыми құралдарға шолу. 44 (8): 1034–1038. Бибкод:1973RScI ... 44.1034P. дои:10.1063/1.1686295.
  10. ^ Сейдман, Дэвид Н. (2007). «Үш өлшемді атом-зондты томография: жетістіктер және қолдану». Материалдарды зерттеудің жылдық шолуы. 37: 127–158. Бибкод:2007АнРМС..37..127S. дои:10.1146 / annurev.matsci.37.052506.084200.
  11. ^ Паниц, Джон А. (1974). «Өрістегі десорбцияланған түрлердің кристаллографиялық таралуы». Вакуумдық ғылым және технологиялар журналы. 11 (1): 207–210. Бибкод:1974 ж. ... 11..206 бет. дои:10.1116/1.1318570. ISSN  0022-5355.
  12. ^ Паниц, Джон А. «Өрісті десорбциялау спектрометрі». АҚШ патенті 3,868,507.
  13. ^ Waugh, A. J. (1978). «Бір уақыттық қақпақты арналық тақтаны қолданатын кескін атомының зонды». J. физ. E: ғылыми. Аспап. 11 (1): 49–52. Бибкод:1978JPhE ... 11 ... 49W. дои:10.1088/0022-3735/11/1/012.
  14. ^ Паниц, Джон А. (1978). «Бейнелеу атом-зонд масс-спектроскопиясы». Жер үсті ғылымындағы прогресс. 8 (6): 219–263. Бибкод:1978PrSS .... 8..219P. дои:10.1016/0079-6816(78)90002-3. ISSN  0079-6816.
  15. ^ Бантон, Дж .; Ленц, Д; Олсон, Дж; Томпсон, К; Ульфиг, Р; Ларсон, Д; Келли, Т (2006). «Атом зондтарының томографиясындағы аспаптық зерттеулер: жартылай өткізгіштік зерттеулердегі қолдану». Микроскопия және микроанализ. 12 (2): 1730–1731. Бибкод:2006MicMic..12.1730B. дои:10.1017 / S1431927606065809. ISSN  1431-9276.
  16. ^ а б Келли, Т.Ф .; Ларсон, Дж. (2012). «Atom Probe Tomography 2012». Материалдарды зерттеудің жылдық шолуы. 42: 1–31. Бибкод:2012АнРМС..42 .... 1К. дои:10.1146 / annurev-matsci-070511-155007.
  17. ^ а б Гордон, Л.М .; Джостер, Д. (2011). «Хитон тісіндегі көмілген органикалық-бейорганикалық интерфейстердің наноскальды химиялық томографиясы». Табиғат. 469 (7329): 194–197. Бибкод:2011 ж. 469..194G. дои:10.1038 / табиғат09686. PMID  21228873. S2CID  4430261.
  18. ^ Гордон, Л.М .; Тран, Л .; Джостер, Д. (2012). «Апатиттер мен сүйек типтегі минералданған тіндердің атом зондты томографиясы». ACS Nano. 6 (12): 10667–10675. дои:10.1021 / nn3049957. PMID  23176319.
  19. ^ Фонтейн, Александр Ла; Кэйрни, Джули (шілде 2017). «Адам тіс эмальының атомды зондты томографиясы және масс-спектрдегі магний мен көміртекті дәл анықтау». Микроскопия және микроанализ. 23 (S1): 676–677. Бибкод:2017MiMic..23S.676L. дои:10.1017 / S1431927617004044. ISSN  1431-9276.

Әрі қарай оқу

  • Майкл К. Миллер, Джордж Д.В. Смит, Альфред Серезо, Марк Г. Хетерингтон (1996) Atom Probe Field Ion микроскопиясы Материалдардың физикасы мен химиясы бойынша монографиялар, Оксфорд: Оксфорд университетінің баспасы. ISBN  9780198513872.
  • Майкл К. Миллер (2000) Atom Probe Tomography: Атом деңгейіндегі талдау. Нью-Йорк: Kluwer Academic. ISBN  0306464152
  • Баптист Голт, Майкл П. Муди, Джули М. Кэйрни, Симон П. Рингер (2012) Atom Probe микроскопиясы, Springer сериялары материалтану, т. 160, Нью-Йорк: Спрингер. ISBN  978-1-4614-3436-8
  • Дэвид Дж. Ларсон, Ти Дж. Проза, Роберт М. Ульфиг, Брайан П. Гайзер, Томас Ф. Келли (2013) Жергілікті электрод атомының зондтық томографиясы - Пайдаланушы нұсқаулығы, Springer сипаттамасы және материалдарды бағалау, Нью-Йорк: Springer. ISBN  978-1-4614-8721-0

Сыртқы сілтемелер