xxiii Ïανελληνιο ÏÏ Î½ÎµÎ´Ïιο ÏÏ ÏÎ¹ÎºÎ·Ï ÏÏεÏÎµÎ±Ï ÎºÎ±ÏαÏÏαÏÎ·Ï & εÏιÏÏÎ·Î¼Î·Ï ...
xxiii Ïανελληνιο ÏÏ Î½ÎµÎ´Ïιο ÏÏ ÏÎ¹ÎºÎ·Ï ÏÏεÏÎµÎ±Ï ÎºÎ±ÏαÏÏαÏÎ·Ï & εÏιÏÏÎ·Î¼Î·Ï ...
xxiii Ïανελληνιο ÏÏ Î½ÎµÎ´Ïιο ÏÏ ÏÎ¹ÎºÎ·Ï ÏÏεÏÎµÎ±Ï ÎºÎ±ÏαÏÏαÏÎ·Ï & εÏιÏÏÎ·Î¼Î·Ï ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Ευαισθησία και Διακριτική Ικανότητα της Τεχνικής SXRF εντός Ηλεκτρονικού<br />
Μικροσκοπίου Σάρωσης για την Ανάλυση Πολύ Λεπτών Υμενίων.<br />
Ε. Βαλαμόντες*, Κ. Νομικός<br />
Τμήμα Ηλεκτρονικής, Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Αθήνας, 12210 Αιγάλεω<br />
*email: vala@teiath.gr<br />
Η μικροανάλυση με δέσμη ηλεκτρονίων (EPMA) και ο φθορισμός ακτίνων Χ (XRF) είναι δύο τεχνικές ανάλυσης με<br />
αρκετά διαφορετικά χαρακτηριστικά αλλά και συμπληρωματικά πλεονεκτήματα. Η EPMA χρησιμοποιεί διέγερση από<br />
δέσμη ηλεκτρονίων σε ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ενώ η XRF χρησιμοποιεί πηγή διέγερσης ακτίνων Χ, προσφέροντας<br />
αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με την διέγερση από δέσμη ηλεκτρονίων όπως την μεγαλύτερη ευαισθησία της. Από την<br />
άλλη πλευρά, η EPMA προσφέρει το πλεονέκτημα της πολύ καλύτερης διακριτικής ικανότητας, της τάξης του μm.<br />
Αρκετές προσπάθειες έχουν γίνει για την χρήση της δέσμης ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σαν μία πηγή ακτίνων Χ μέσα<br />
στο μικροσκόπιο. Μία λύση προτάθηκε από τον Cazaux [1] και πραγματοποιήθηκε πρώτα σε όργανο ανάλυσης επιφανειών<br />
[2] και αργότερα σε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης [3]. Σε αυτή την λύση συνυπάρχουν μία άνοδος σε μορφή λεπτού<br />
υμενίου σε επαφή με το δείγμα που επίσης είναι σε μορφή λεπτού υμενίου. Οι ακτίνες Χ που παράγονται στην άνοδο από τα<br />
προσπίπτοντα ηλεκτρόνια ιονίζουν τα άτομα του δείγματος (Σχήμα 1). Συγκρινόμενη με τις άλλες προτεινόμενες λύσεις<br />
προσφέρει την καλύτερη διακριτική ικανότητα, της τάξης του μm, όταν η άνοδος έχει πάχος της τάξης της διαδρομής των<br />
ηλεκτρονίων σ’ αυτή.<br />
Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιείται η μέθοδος αυτή (SXRF) και εξετάζεται η ευαισθησία της στην ανάλυση πολύ<br />
λεπτών δειγμάτων, εκεί όπου η EPMA φθάνει στα ανιχνευτικά της όρια. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται τόσο<br />
πειραματικά αποτελέσματα όσο και προσομοιώσεις Monte Carlo και πραγματοποιείται ευθεία σύγκριση με την EPMA. Με<br />
τις ίδιες τεχνικές υπολογίζεται και η χωρική κατανομή του σήματος της SXRF.<br />
Στο σχήμα 2 παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα του πηλίκου του σήματος προς το υπόβαθρό του (S/B)<br />
στην περίπτωση της SXRF για διαφορετικά πάχη υμενίων σαν συνάρτηση της γωνίας ανίχνευσης (υμένια Al και άνοδος Au).<br />
Όταν η γωνία ανίχνευσης αυξάνεται, το πηλίκο S/B βελτιώνεται, λόγω της περαιτέρω μειώσεως του υποβάθρου εξ αιτίας της<br />
μεγαλύτερης απορρόφησης της συνεχούς ακτινοβολίας στην άνοδο.<br />
Η EPMA εφαρμόζεται στα ίδια δείγματα για σύγκριση. Το σήμα των ακτίνων Χ στην SXRF και στην EPMA είναι της<br />
ίδιας τάξης μεγέθους στην περίπτωση των πολύ λεπτών υμενίων. Στην πρώτη τεχνική το υπόβαθρο μειώνεται εξ αιτίας της<br />
απορρόφησης της συνεχούς ακτινοβολίας στην άνοδο και είναι πολύ μικρότερο σε σύγκριση με την δεύτερη. Η SXRF έχει<br />
πολύ καλά σχετικά ανιχνευτικά όρια μεταξύ 10 και 500 ppm κατά βάρος πάντα στην περίπτωση των πολύ λεπτών υμενίων.<br />
Τα απόλυτα ανιχνευτικά όρια είναι ανάμεσα σε 10 -11 και 10 -14 g [4]. Τα ανιχνευτικά όρια της τεχνικής εξαρτώνται έντονα<br />
από τις πειραματικές συνθήκες. Αντίθετα με την SXRF, η EPMA έχει σχετικά ανιχνευτικά όρια της τάξης των 1000 ppm<br />
κατά βάρος.<br />
Η χωρική κατανομή του σήματος των ακτίνων Χ από τα υμένια στην περίπτωση της SXRF είναι κατά προσέγγιση<br />
Gaussian. Με την εφαρμογή του κριτηρίου Rayleigh, όπως στις αναφορές [5, 6], υπολογίζεται η διακριτική ικανότητα της<br />
τεχνικής. Η διακριτική ικανότητα είναι της τάξης του μm για κάθε συνδυασμό υμενίου και ανόδου (Σχήμα 3). Συνεπώς, η<br />
διακριτική ικανότητα της SXRF είναι μερικές τάξεις μεγέθους καλύτερη από την διακριτική ικανότητα της κλασικής XRF.<br />
Στο σχήμα 4 παρουσιάζεται σε γραμμική σάρωση το σήμα των ακτίνων Χ στην περίπτωση της SXRF για σύστημα Al / Au.<br />
Υπάρχει μορφοποίηση με γραμμές Al πάχους 10 μm και κενά πάχους 10 μm στο πίσω μέρος της ανόδου. Το πάχος των<br />
γραμμών του Al είναι 200 nm. Η διακριτική ικανότητα της SXRF είναι της τάξης του 1 μm. Η συμφωνία μεταξύ<br />
πειραματικών αποτελεσμάτων και προσομοιώσεων Monte Carlo είναι πολύ καλή.<br />
Τόσο η SXRF όσο και η EPMA εφαρμόσθηκαν στην ανάλυση πολύ λεπτών υμενίων. Η ευαισθησία της SXRF είναι<br />
καλύτερη από αυτή της EPMA στην περίπτωση υμενίων με πάχη ως μερικές δεκάδες nm για κάθε συνδυασμό υμενίου και<br />
ανόδου. Η διακριτική ικανότητα της SXRF είναι της τάξης του μm. Αυτό είναι πολύ καλύτερο από την διακριτική ικανότητα<br />
της κλασικής XRF και της ίδιας τάξης μεγέθους με την EPMA.<br />
Αναφορές<br />
[1] J. Cazaux, Rev. Phys. AppI. 10 (1975) 263.<br />
[2] D. Mouze, X. Thomas, J. Cazaux, in: J. D. Brown, R. H. Packwood (Ed.), Proceed. of 11th Internat. Congr. on X-ray<br />
Optics and Microanalysis, London, Canada, 1986, p. 63.<br />
[3] E. Valamontes, A. G. Nassiopoulos, in: Proceedings of III Balkan Congress on Electron Microscopy, Athens, 1989, p.<br />
267.<br />
[4] E. S. Valamontes, J. C. Statharas, C. Nomicos, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, (in press 2007).<br />
[5] E. Valamontes, A. G. Nassiopoulos, N. Glezos, Surf. Interf. Anal. 19 (1992) 419.<br />
[6] E. S. Valamontes, J. C. Statharas, Vacuum 77 (2005) 371.<br />
57