Estudio de parámetros atómicos y moleculares en ... - FaMAF

Capítulo 4: Estudio de Parámetros Experimentales _________________________________________________
Los elementos comúnmente usados en SEM para el recubrimiento son carbono, oro, plata,
platino, paladio y cromo. El oro en particular, tiene una tasa alta de emisión de electrones secundarios,
lo cual mejora la calidad de la imagen. No obstante, la principal desventaja de los recubrimientos con
oro o plata es su tendencia a migrar formando islas o partículas, que empeoran la conductividad
macroscópica y enmascaran algunos detalles sutiles de la superficie. Para imágenes de muy alta
resolución se usan recubrimientos con menor tamaño de partículas, como platino o cromo. De todas
maneras, para las mejores resoluciones alcanzadas en SEM (142) aun esos elementos tienen tamaños
de grano medible. Para mejorar el poder de resolución, se suelen usar recubrimientos de osmio, ya que
su tamaño de grano es menor y el recubrimiento requerido para lograr conductividad superficial con
este material es de alrededor de 1 nm, contra los varios nm necesarios para los otros elementos usados
para el recubrimiento.
Para microanálisis, el carbono suele ser el material elegido, debido a su excelente transparencia a
los electrones, rayos x y a su buena conductividad eléctrica. Los efectos que ocurren en el
recubrimiento conductor, tales como la atenuación y desviación de los electrones del haz incidente,
absorción de los rayos x emitidos por la muestra y generación de fotones, generalmente no son tenidos
en cuenta en EPMA, ya que requieren del conocimiento del espesor del recubrimiento conductor, lo
cual no siempre posible. Estos efectos también se producen en la capa de óxido que suele crecer
espontáneamente en muestras metálicas. Luego, en análisis típicos de muestras metálicas, sobre el
material a analizar existe una capa de óxido, sobre la cual suele realizarse el recubrimiento conductor.
Varias técnicas permiten medir el espesor de una película. Estas técnicas pueden dividirse en
destructivas, tales como la realización de secciones transversales en microscopía de transmisión y
barrido y “sputter depth profiling” (143), y no destructivas, como por ejemplo, espectroscopía de
fotoelectrones (XPS) (144) difracción de rayos x (XRD) (145), fluorescencia de rayos x (XRF) (146),
reflectometría de rayos x (XRR) (145; 147), elipsometría (148), espectroscopía de retrodispersión de
de Rutherford (RBS) (149), emisión de rayos x inducida por protones (PIXE) (150), microbalanza de
cristal de cuarzo (QCM) (68), etc. Las principales desventajas asociadas a las técnicas de análisis no
destructivo mencionadas están relacionadas con la disponibilidad, resolución lateral, rango de
espesores permitidos, dificultad en el procesamiento de datos, y necesidad de estándares. Por ejemplo,
RBS requiere un acelerador de partículas y en XPS se necesita ultra alto vacío, además ambas técnicas
no son comúnmente disponibles. Tampoco son precisas para determinar espesores menores que 20 nm
y mayores que 10 nm, respectivamente. Otra desventaja de RBS es su resolución limitada para
pequeñas diferencias de número atómico. Por otro lado, XRD funciona bien sólo para espesores
mayores a 100 nm; los métodos que involucran XRF y PIXE se basan en curvas de calibración, las
cuales deben hacerse para cada configuración particular. Las técnicas de XRR y elipsometría tienen
resolución lateral pobre, particularmente de algunos mm para esta última, la cual requiere además un
tratamiento de datos complicado. Finalmente, para poder realizar determinaciones absolutas con QCM
debe realizarse una calibración previa con otra técnica (151; 152).
Los espectros de rayos x medidos en EPMA pueden usarse para determinar espesores a escala
nanométrica, en la cual se encuentran los espesores de oxidación espontánea y recubrimiento
conductor. Por ejemplo, se han realizado curvas de calibración a partir de espectros de capas
particulares (151) o sustratos (152; 153). Algunos esfuerzos adicionales se han hecho para lograr un
método general capaz de determinar los espesores en una muestra tipo película/substrato con
composiciones arbitrarias (151; 154). Más aún, algunos software comerciales, tales como X-FILM
(155), MLA (156), STRATAGem, y LAYERF (157), permiten determinar espesores y composiciones
de películas delgadas en configuraciones más complejas, tales como muestras estratificadas. Cada uno
de estos programas, asume un modelo particular para la función distribución de ionizaciones Φ(ρz) en
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