ESPECTROSCOPIA DE AUGER/XPS
|
|
O laboratório de Auger/XPS situa-se no Instituto Superior Técnico edifício Ciência (Piso 01 - sala 5.01).
O laboratório de Auger/XPS é uma infraestrutura pertencente ao Instituto Superior Técnico / (ICEMS) cujos objectivos são o apoio à investigação e desenvolvimento na área da engenharia de superfícies. O laboratório encontra-se aberto a todos os centros de investigação do IST, de outras universidades, de Instituições públicas e privadas e indústria.
Para informação adicional ou para utilização das técnicas contactar:
Doutora Maria de Fátima Montemor (mfmontemor@ist.utl.pt)
Para conhecer o modo de funcionamento do laboratório consulte as normas de utilização.
Para utilizar os serviços do laboratório deve preencher a ficha de utilizador.
INFORMAÇÃO SOBRE AS TÉCNICAS DE AUGER/XPS
A técnica de espectroscopia de electrões Auger (AES) deve o seu nome a Pierre Auger, um fisíco francês que descobriu o efeito Auger em 1923. No entanto, foi apenas no final dos anos 60 que a técnica se desenvolveu no sentido de ser utilizada como técnica de análise de superfícies. Ao mesmo tempo desenvolveu-se também a espectroscopia de fotoelectrões X (XPS). Actualmente, ambas as técnicas são uma ferramenta fundamental na engenharia de superfícies.
O
processo Auger desenrola-se em quatro passos: (Figura 1)
● Ionização do átomo com uma radiação de energia elevada (em geral um feixe de electrões) que permite a remoção de um electrão do cerne do átomo.
● Rearranjo electrónico de modo a que a lacuna inicialmente formada seja preenchida com um segundo electrão de um dos níveis mais externos.
● Para compensar o balanço energético dos processos acima referidos pode libertar-se um terceiro electrão, o electrão Auger, ou ocorrer a emissão de fotões.
● Análise dos electrões Auger emitidos. A energia cinética dos electrões emitidos permite a identificação dos elementos presentes à superfície.
● O processo XPS
O processo XPS é idêntico ao processo Auger. As diferenças residem no facto de se utilizar como fonte de excitação um feixe de fotões e no facto de se analisar o primeiro electrão emitido no processo (fotoelectrão).
A análise Auger traduz-se na obtenção de espectros de perda de energia onde, sobrepostas a um ruído de fundo, surgem as diferentes transições Auger. Cada elemento da tabela periódica emite electrões Auger a energias cinéticas bem definidas, o que permite a sua fácil identificação. A área dos diferentes picos é, por sua vez, proporcional à concentração atómica do elemento. A técnica exige que os electrões Auger emitidos pelos atómos não sofram perdas de energia durante o seu percurso até à superfície. A distância que os electrões conseguem percorrer sem sofrer perdas de energia define-se como distância média de escape. Esta distância, que varia entre 20 e 50 Å, depende do átomo e das características do feixe de electrões e é miníma para energias cinéticas de 80-100 eV. Esta sensibilidade ás primeiras camadas atómicas permite classificar a espectroscopia de electrões Auger como técnica de análise de superfícies.
A espectroscopia de fotoelectrões X fornece informação idêntica. Além disso, permite estudar em detalhe a composição química da superfície, uma vez que os fotoelectrões são sensíveis à vizinhança atómica de cada elemento. Deste modo consegue obter-se informação sobre o tipo de compostos presentes na superfície.
O
Sistema disponível no ICEMS
(Instituto Superior Técnico)
Microlab 310 F (Vg Scientific)
● Análise superficial elementar (profundidade de 20-50 Å).
● Detecção de todos os elementos com excepção do Hélio e do Hidrogénio. Elevada sensibilidade para elementos leves.
● Obtenção de perfis de profundidade.
● Distribuição espacial dos elementos - mapas de electrões Auger, perfis em linha e análise pontual. Resolução espacial superior a 200 nm.
● Imagem de electrões secundários com resolução superior a 200 nm.
● Imagem de electrões retrodifundidos.
● Possibilidade de análise de XPS. Resolução espacial 3x3mm. Resolução energética ~ 0.9 eV.
Limitações:
● Análise Auger limitada a amostras condutoras ou semicondutoras.
●
Possibilidade de deterioração da superfície devido à incidência
do feixe de electrões.
● Não é possível detectar o hidrogénio.
● O limite de detecção depende do número atómico dos elementos: elementos leves > 0.1%; elementos pesados > 1%.
● A resolução quantitativa depende da disponibilidade de factores de sensibilidade adequados. Na ausência destes factores o erro de análise é de ± 10%.
Requisitos
da técnica:
● AES - Superfícies condutoras ou semicondutoras. A geometria das amostras deve obedecer aos seguintes requisitos: as dimensões (diâmetro, altura ou lado maior) devem ser inferiores a 1 cm.
● XPS – Amostras condutoras ou não condutoras com dimensões idênticas ás referidas no ponto anterior.
●
As superfícies a analisar
devem estar o mais limpas possível.
● As amostras são analisadas “as received” e após limpeza com iões árgon de modo a remover todos os contaminantes.
● O tempo requerido para a análise e quantificação é em geral inferior a 1 hora .
● A obtenção de perfis de profundidade, de mapas de electrões Auger e de espectros de XPS com elevada resolução energética requer tempos de análise compreendidos entre 1 e 5 horas.
A - Análise química, perfis em profundidade e distribuição espacial dos elementos presentes em camadas de conversão depositadas em aço galvanizado após tratamento em nitrato de cério (30 minutos e 24 horas)
B - Caracterização de filmes passivos formados em aço inoxidável.
C - Caracterização de pré - tratamentos isentos de Cr em ligas de alumínio 2024.
A - Composição de camadas de conversão de cério depositadas sobre aço galvanizado.
B - Caracterização de vidros de óxido de germânio substituidos com elementos alcalinos.
C - Efeito da temperatura no envelhecimento de tintas..
