ESPECTROSCOPIA DE  AUGER/XPS

 

O LABORATÓRIO

         Objectivos

         Contactos

         Condições de utilização
  
 

INFORMAÇÃO SOBRE AS TÉCNICAS

         Origem

         Fundamento

         Informação

         O sistema (Microlab 310F)


EXEMPLOS

        Análise Auger

        Análise XPS

LINKS ÚTEIS

 

O LABORATÓRIO:

O laboratório de Auger/XPS situa-se no Instituto Superior Técnico edifício Ciência (Piso 01 - sala 5.01).

Objectivos:

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.

Contactos: 

Para informação adicional ou para utilização das técnicas contactar:

Doutora Maria de Fátima Montemor (mfmontemor@ist.utl.pt)

Condições de utilização:

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

Origem:

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.

Fundamentos

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).

Informação

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.

EXEMPLOS:

  1 - Análise Auger 

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.

 2 - Análise XPS 

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..