книги из ГПНТБ / Локальные методы анализа материалов

гиях, которые имеют нейтральные атомы и ноны микропробы при разлете из зоны взаимодействия, может иметь место десорбция газов или поверхностных загрязнении со стенок измерительной камеры. Эти эффекты нетрудно оценить при анализе образцов с предварительно введен­ ной в объем мнкропримесью. Осциллограммы на рис. 35 иллюстрируют анализ образцов циркония, насыщенных дейтерием D 2 до 0,01 %.

6

М,абс.ед. массы

Рис. 35. Увеличение парциального давления дейтерия в камере ана­ лизатора после взаимодействия лазерного излучения с поверхностью

циркония:

а — фон остаточных газов в камере; б — после взаимодействия с излучением лазера

Кадры, отснятые кинокамерой с промежутком 1/32 сек, иллюстрируют, как после взаимодействия излу­ чения лазера с поверхностью циркония быстро увеличи­ вается парциальное давление дейтерия, появляется пик с массовым числом 2. Одновременно зарегистрированы пики с массовыми числами 4 и 3, соответствующие, повидимому, 2 D 2 и Нз, полученным в результате взаимодей­ ствия с излучением лазера (рис. 35). Со временем в ре­ зультате откачки давление дейтерия понижается до пер­ воначального уровня фона остаточных газов в камере. Факт появления предварительно вводимой в образец примеси свидетельствует о том, что анализируется имен­ но эта примесь, а не десорбция со стенок камеры в ре­ зультате разлета паров микропробы. Анализируя осцил­ лограммы рис. 35, можно отметить наряду с повышением парциального давления дейтерия и одновременное воз­ никновение групп масс 18, 32, 44. Эти массы соответ­ ствуют адсорбированным на поверхности образца сое­ динениям кислорода и углеводородов. При вторичном облучении лазером той же зоны спектр указанных групп

не наблюдался. Это еще раз подтверждает, что массспектрометром регистрируются только те ионы, которые образовались в момент взаимодействия излучения лазера с анализируемой зоной.

Количество десорбироваиных из микрообъема частиц можно рассчитать следующим образом. Предварительно изготовляют образец, равномерно насыщенный эталон­ ной примесью известной концентрации. Анализируемые образцы помещают в пространство ионизации ионного источника. Затем после анализа образца с неизвестным содержанием примеси и эталона оценивают соотношение величин пиков масс анализируемой примеси и эталонной.

Эффективные сечения ионизации рассчитывают или бе­ рут из справочника для одной и той же энергии элек­ тронов:

0][

Рх =•• Рэ

При одинаковой плотности мощности лазерного излу­ чения на анализируемом и эталонном образцах и оди­ наковых объемах микропробы формула концентрации примеси в 1 см3 имеет следующий вид:

Для устранения импульсного характера регистрации ионных токов иногда применяют эффузионпый метод. [69]. Эффузнонный метод приближенный, однако по сравнению с методом испарения микрообъемов с откры­ того образца обладает некоторыми преимуществами.

Газ, выделяемый из зондированного образца, насы­ щает объем эффузиопной камеры (рис. 36) и принимает

о-:

Рис. 36. Эффузнонный метод:

ее температуру, поэтому не требуется рассчитывать тем­ пературу газов и вводить допущения относительно веро­ ятности попадания в область ионизации молекул, разле­ тающихся из области взаимодействия и отраженных от стенок камеры.

Калибровку масс-спектрометра по давлению (напол­ нение камеры анализируемым газом или газовой смесью) газа в эффузионной камере проще осуществить, чем из­ готовить однородные образцы, насыщенные газом, по-

скольку в последнем случае необходим предварительный газовый анализ.

Кроме того, эффузиопный метод является более чув­ ствительным по сравнению с методом испарения микро­ объема с открытого образца, поскольку весь газ прохо­ дит через область ионизации, и давление в эффузионной камере за счет накопления может быть на несколько по­

6—7. Давление измеряется манометром. Затем вентиль 7 закрывают и, открывая кран 6, дают возможность отме­ ренному количеству пробы расшириться в объем эффу­

момента времени t; количество dQ каждого компонента

т. е. количество выделившегося газа пропорционально площади, ограниченной кривой.

В работе [62] общее число частиц, десорбироваиных с поверхности образца при воздействии лазерного излу­

ного импульса.

Зная постоянную калибровки, можно определить чис­ ло частиц, соответствующее каждой из компонент испа­ ренной микропробы. В этой же работе показано, как из­ меняется число десорбироваиных частиц с поверхности вольфрама в зависимости от плотности мощности лазер­ ного излучения [62]. Каждый газ характеризуется своей температурой десорбции, ниже которой он не выделяет­ ся. Эта температура соответствует температуре, опре­ деленной из опытов по обычному термическому испа­ рению.

Приведенные выше примеры для расчета числа де­ сорбироваиных частиц использовали в работах [68, 69] при микрозондировании поликристаллов и монокристал­ лов теллурида кадмия масс-спектрометром с лазерным источником нагрева.

В работе [68] исследовали границы блоков поликри­ сталла и плоскости двойникования в предположении, что они являются центрами сорбции газовых примесей. Было проведено микрозондирование по точкам, расположен­ ным вдоль и поперек замеченных неоднородиостей.

Анализ показал, что повышенная сорбция наблюдает­ ся в местах двойникования в монокристаллическом бло­ ке, а также во всех точках вдоль замеченной неоднород­ ности.

Сравнение уровней десорбции газовых примесей на участках кристалла без неоднородиостей и на участках кристалла с неоднородиостями показывает, что наличие неоднородиостей в монокристалле определяет и повы­ шенное содержание микропримесей в нем.

В работе [69] изучено взаимодействие теллурида кад­ мия с кислородом. Исследованию подвергались окислен­ ные образцы р-типа, вырезанные из монокристаллов и не имевшие двойниковых границ.

Микрозондирование шлифов теллурида кадмия лу­ чом лазера начиная от участков, прилегающих к окисной

пор в непроводящих тугоплавких материалах, например керамике [50, 51].

В настоящее время известно немного работ, посвя­ щенных применению лазерных масс-спектрометров. Однако это направление развивается. И можно твер­ до сказать, что этот метод найдет широкое применение при исследовании' аномалий в структуре решетки и по­ верхностных явлений. Свойство лазерного луча испарять любые материалы открывает широкие возможности для исследования тугоплавких и непроводящих материалов. А незначительные разрушения, производимые лучом ла­ зера, работающего в режиме с модуляцией добротности, позволяют анализировать монослои газов, адсорбиро­ ванных на поверхности, и диффузию примесей в глубину материала методом послойного анализа.

Лазерные масс-спектрометры с успехом дополнят су­ ществующие методы микроанализа.

с.2175.

6.К а т ы с Г. П. и др. Модуляция и отклонение оптического из­ лучения. Изд-во «Наука», 1967.

7. А ф а н а с ь е в В. А. Оптические измерения. Изд-во «Недра», 1968.

8.Б е т е Г. и др. Электронная теория металлов. Гостехтеоретиздат, 1933.

9.Б о и ч - Б р у е в и ч А. М. ЖТФ, 1968, т. 38, № 4, с. 677.

25.В о д о в а т о в Ф. Ф. и др. Физика и химия обработки ма­ териалов, 1969, № 1, с. 148.

26.А к и м о в А. И. и др. Физика и химия обработки материалов, 1969, № 2 , с. 11. .

«Наука», 1966.

№ 1, p. 331, 1967.

Раздел

Рентгеновский

микроанализ

количественного рентгеноспектрального локального анализа

Основные сведения по физике рентгеновских лучей

Рентгеновское излучение представляет собой электро­ магнитные колебания, спектр которых занимает широкий

о

диапазон длин волн от 1,4-10~5 см (1400 А) до Ю - 1 1 см о-

(0,001 А). В зависимости от характера взаимодействия заряженных частиц — электронов, протонов, мезонов или фотонов с атомами вещества возникают характеристиче­ ские рентгеновские спектры испускания и поглощения или непрерывный (тормозной) рентгеновский спектр.

Характеристический рентгеновский спектр испуска­ ния является линейчатым. Основные параметры спек­ тральных линий: положение по шкале частот (длин волн) и интенсивность линий определяются зарядом яд­ ра — атомным номером элемента Z и электронной струк­ турой атома. Характеристические рентгеновские спектры испускания, возникающие в результате удаления одного из внутренних электронов атома при ионизации заряжен­ ными частицами, называются первичными, а при иониза­ ции атомов рентгеновскими или гамма-фотонами— вто­ ричными или флуоресцентными.

Характеристический рентгеновский спектр Поглощения

рывного рентгеновского излучения, после прохождения