2.2 Металлографический анализ
Металлографический анализ основан на различной химической активности структурных составляющих или участков кристалла по отношению к используемым химическим реагентам для травления, проводимым с целью определения:
- размера зёрен (мм);
- дефектов в зерне: субзёрна, двойниковые ламели, дислокации, включения в одиночных зёрнах и межзёренных границах;
- визуальной характеристики межзёренных границ.
Предварительное шлифование и выравнивание поверхности образцов проводилось микропорошком корунда (28 мкм). Для анализа макроструктуры нами применено химическое травление образцов в 10%-м растворе КОН (~ 10 мин при 800С). Для изучения микроструктуры кремния использовалось кислотное травление с применением травителя СР-4А, состоящего из азотной, уксусной и плавиковой кислот в соотношении: 3ч. HF+5ч. HNO3+3ч. CH3COOH[1]. Продолжительность травления во фторопластовой посуде –2-3 мин с последующим медленным химическим полированием; при этом возможно выявление двойников, двойниковых ламелей, p-n-переходов и дислокаций. Травление проводилось с визуальной морфологической оценкой МЗГ (прямолинейность, пилообразность). Анализ макроструктуры полученных образцов проводился визуально и с помощью бинолупы МНС-10. Анализ микроструктуры проводился с использованием золотого напыления на сканирующеем электронном микроскопе SEM 525M. Данный прибор предназначен для получения изображения поверхности объекта с высоким пространственным разрешением, также прибор даёт информации о составе, строении и некоторых других свойствах слоёв. Состав включений определялся с помощью электронно-зондового микроанализатора JXA-8200 (JEOL, Япония) с функцией энергодисперсионного спектрометра. Данный прибор предназначен для получения изображения поверхности и её характеристики. В общем случае позволяет получить трёхмерное изображение поверхности. Процесс построения основан на сканировании поверхности зондом.
3.3 Масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой
Масс-спектрометрия, в отличие от других физико-химических методов, имеет дело с самими частицами вещества. В основном объектами анализа в масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) являются водные растворы. Для анализа твёрдых проб возникает необходимость в их растворимости кислотами. Исследуемый раствор подает в распылитель, в котором потоком аргона превращается в аэрозоль. Аэрозоль через центральный канал плазменной горелки попадает в плазму, где под воздействием высокой температуры вещества, содержащиеся в пробе, диссоциируют на атомы, которые затем ионизируются. Образовавшиеся положительно заряженные ионы проходят через систему ионной оптики в анализатор, где происходит фильтрация ионов по массе и детектирование интенсивности ионного потока. Полученный сигнал трансформируется в зависимость интенсивности от величины m/z.
Рисунок.14 Типичная блок-схема масс-спектрометров
с индуктивно-связанной плазмой.
Типичная блок-схема масс-спектрометров с индуктивно-связанной плазмой состоит из: ионного источника, состоящего из плазменной горелки и индуктора, создающих с помощью высокочастотного генератора разряд индуктивно связанной плазмы, позволяющей получать атомные ионы аналита; системы ввода пробы, преобразующей образец в аэрозоль и переносящую его в плазму разряда; вакуумной системы, создающую условия для беспрепятственного движения ионов через ионную оптику и масс-анализатор к детектору; компьютер.
Масс-спектрометр высокого разрешения с ионизацией в индуктивно-связанной плазме ELEMENT 2
Данный прибор хорошем тем, что за счёт в конструкции двойной фокусировки, комбинирующей магнитный и электростатический анализаторы (по схеме прямой или обратной геометрии Нира-Джонсона), устраняется большое количество изобарных и полиатомных интерферирующих наложений. Схема ELEMENT 2 показана на рисунке.15.
Рисунок.15 Схема масс-спектрометра высокого разрешения с индуктивно-связанной плазмой ELEMENT 2: 1 – ИСП источник ионов; 2 – интерфейс с сэмпл- и скиммер-конусами; 3 – X, Y –отклоняющие линзы; 4 – фокусировка пучка ионов на входную щель; 5 – входная щель; 6 – электромагнит; 7 – электростатический анализатор; 8 – выходная щель; 9 – конверсионный динод; 10 – электронный умножитель [17].
В ELEMENT 2, как и в стандартном квадрупольном приборе низкого разрешения присутствуют: источник ионов, интерфейс для их отбора, система линз ионной оптики. Специальная система линз формирует пучок ионов и фокусирует его на входную щель масс-анализатора. Затем, в соответствии с обратной геометрией Нира-Джонсона, в поле электромагнита ионный пучок диспергируется по массе и энергии, фокусируется на выходе, а затем, проходя через электростатический анализатор, "отфильтровывается" по энергии ионов с его повторной фокусировкой на выходную щель. Таким образом достигается высокое масс-спектральное разрешение, которое позволяет отделить ионы анализируемого вещества от спектральных интерференций по разнице их точных масс. Применение в конструкции плазменной горелки заземленного электрода (Guard Electrode) позволяет понизить кинетическую энергию ионов с ~20 до ~5 эВ. Распределение ионов по энергиям сужается, возрастает их трансмиссия, что обеспечивает высокую чувствительность при всех величинах разрешения. Ионная оптика фокусирует ионы из плазменного интерфейса на входную щель анализатора с двойной фокусировкой, тем самым обеспечивая низкий уровень фона, высокую чувствительность и минимальную дискриминацию по массам при максимальной стабильности. В масс-спектрометрах ELEMENT 2 предусмотрено быстрое (меньше 1 с) автоматическое переключение ширины входной и выходной щелей между тремя фиксированными значениями, каждому соответствует своя разрешающая способность: низкое разрешение (R≥300) используется для анализа свободных от интерференций изотопов; среднее разрешение (R≥4000) гарантирует свободный от интерференций анализ для большинства элементов в различных матрицах образца; высокое разрешение (R≥10000) применяют для анализа элементов в наиболее сложных случаях и самых трудных для анализа матрицах. Прибор с тремя фиксированными величинами разрешения имеет три фиксированных значения чувствительности: чем шире щель, тем выше чувствительность. высокая чувствительность прибора достигается при самых низких пределах обнаружения. отношением сигнала к шуму. Чем выше чувствительность, тем большие коэффициенты разбавления образца для сложных матриц могут быть использованы без изменений в пределах обнаружения.