ما هو طيف أوغير الإلكتروني؟
يعد التحليل الطيفي الإلكتروني لأوجير (AES) أحد أكثر تقنيات تحليل السطح شيوعًا، حيث إنه يستخدم طاقة الإلكترونات المنبعثة لتحديد العناصر الموجودة في العينة، على غرار التحليل الطيفي للإلكترون الضوئي بالأشعة السينية (XPS). الاختلاف الرئيسي هو أنّ (XPS) يستخدم حزمة الأشعة السينية لإخراج الإلكترون، بينما يستخدم (AES) شعاع الإلكترون لإخراج الإلكترون.
في (AES)، يعتمد عمق العينة على طاقة الإفلات من الإلكترونات، حيث إنّها ليست وظيفة مصدر الإثارة كما هو الحال في (XPS). وفي (AES) يقتصر عمق التجميع على 1-5 نانومتر بسبب عمق الإفلات الصغير للإلكترونات، ممّا يسمح بتحليل أول 2-10 طبقات ذرية، بالإضافة إلى ذلك فقد يبلغ حجم بقعة التحليل النموذجي حوالي 10 نانومتر.
حيث إنّها تقنية تحليل مدمرة، لكنّها مفيدة في تحديد مناطق التلوث المركزة. كما يمكن استخدامه من الناحية الكمية عندما تكون المعايير متاحة للتقدير الكمي. يجب أن تكون العينات متوافقة مع الفراغ ويصعب تحليل العوازل بسبب شحن العينة. تؤدي طبيعة عملية أوجيه إلى ظهور قمم واسعة، لذا يمكن أن يمثل التداخل الطيفي مشكلة في تحليل البيانات. علاوةً على ذلك، فإنّ القدرة على تنقيط حزمة الإلكترون على مساحة سطح قابلة للتعديل توفر تحكمًا في حجم منطقة التحليل. عند استخدامها مع مصادر رشاش الأيونات، يمكن لـ (AES) إجراء تنميط العمق التركيبي لمساحة كبيرة وصغيرة، وعند استخدامها مع حزمة أيونية مركزة (FIB)، فهي مفيدة لتحليل المقاطع العرضية.
ما هو مبدأ عمل التحليل الطيفي الإلكتروني أوغير؟
التحليل الطيفي الإلكتروني لأوجير (AES) هو أسلوب تحليلي خاص بالسطح يستخدم شعاعًا إلكترونيًا عالي الطاقة ومركّز بدقة كمصدر للإثارة. حيث يتم إنتاج إلكترونات أوجيه عندما تطلق الذرات المثارة الطاقة الإضافية إلى إلكترون، إذ ينبعث بعد ذلك كإلكترون أوجيه. كما تقوم (AES) بجمع وقياس الطاقات الحركية لإلكترونات أوجيه المنبعثة، والتي تتميز بالعناصر الموجودة على السطح القريب للعينة. حيث إن هذا يجعل تحليل تكوين العناصر ممكنًا.
يتراوح عمق أخذ العينات النموذجي لـ (AES) من 2 إلى 5 نانومتر، ممّا يجعلها تقنية تحليلية حساسة للسطح. يمكن مسح شعاع الإلكترون أو مسحه ضوئيًا على مساحة سطح كبيرة أو صغيرة، أو يمكن تركيزه بشكل مباشر على ميزة سطح صغيرة. في وضع المسح، يمكن استخدام (AES) لرسم خرائط التوزيع الكيميائي. كما أن القدرة على تركيز شعاع الإلكترون بأقطار 10 نانومتر وأقل تجعل (AES) أداة مفيدة للغاية لتحليل العناصر لميزات السطح الصغيرة.
في مطياف أوجيه الإلكتروني (AES)، يتم استخدام حزمة إلكترونية مركزة لتصوير السطح، ويتم الكشف عن إلكترونات أوجيه الهاربة من أعلى عدد قليل من النانومترات. يتم إخراج إلكترونات أوجيه ذات الطاقات المميزة من الذرات استجابةً لانتقال إلى أسفل بواسطة إلكترون آخر في الذرّة. إذا تمّ إخراج إلكترون ذو غلاف داخلي من ذرّة، فإنّ إلكترونًا من مستوى طاقة أعلى سيجعل الانتقال سريعًا إلى أسفل لملء الفراغ. قد يكون هذا الانتقال مصحوبًا بإصدار فوتونات تتطابق طاقتها الكمومية مع فجوة الطاقة بين المستوى العلوي والسفلي.
من الممكن أيضًا أن تُعطى الطاقة الصادرة عن الانتقال الهابط إلى أحد الإلكترونات الخارجية بدلاً من الفوتون، ثم يُطرد هذا الإلكترون من الذرة. يستخدم (AES) شعاعًا شديد التركيز، وبالتالي يمكن أن يوفر دقة جانبية (فرعية) نانومترية، مقارنة بالدقة الجانبية الميكرومتر لـ (XPS). حيث إن هذا يجعل (AES) تقنية ذات قيمة لتحليل الأفلام الرقيقة، كما تعد (XPS وAES) تقنيات مهمة للصناعات القائمة على تكنولوجيا النانو والبحث عن طبقات الطلاء الرقيقة للحفز والتآكل والالتصاق والتعبئة والوسائط المغناطيسية وتقنية العرض. الميزة الرئيسية لـ (AES) في توصيف الجسيمات النانوية هي أنّ الحزمة لا تثير دعم (NPs).
إن (AES) مفيد في بضعة نانومترات فقط لتحليل التركيب الكيميائي لأسطح الجسيمات النانوية بواسطة أطياف أوجيه أو مسح الخط أو التعيينات.
على ماذا يعتمد طيف أوغير الإلكتروني؟
يعتمد مطياف أوجيه الإلكتروني (AES) على تأثير أوجيه،و هي سلسلة من التحولات غير الإشعاعية في ذرّة يكون فيها أحد مستوياتها الداخلية متأينًا. تنتهي هذه العملية بإخراج إلكترون، والذي يُعرف باسم إلكترون أوجيه. من الناحية التاريخية، تم اكتشاف تأثير أوجيه بشكل مستقل في عام 1922 بواسطة عالم الفيزياء النمساوي، وفي وقت لاحق في عام 1923 بواسطة عالم الفيزياء الفرنسي Pierre Auger.
تمّ تقديم مقدمة في تطبيق التحليل الطيفي الإلكتروني لأوجير على التحليل الكيميائي السطحي للجسيمات النانوية. كما يعد التحليل الطيفي الإلكتروني لأوجير طريقة ناضجة في مجال التحليل الكيميائي للسطح. حيث يتناول الفصل الأساس المادي للطريقة والتصميم الرئيسي للأدوات الحديثة جنبًا إلى جنب مع أنماط التشغيل وخيارات عرض الأطياف والنهج المختلفة للنوعية (بما في ذلك تحديد الأنواع الكيميائية) والتحليل الكمي لسطح العناصر.
كما تقدم فقرة تطبيق على التحليل الكيميائي السطحي للجسيمات النانوية بواسطة (AES أو SAM) طرق القياس المختلفة واستراتيجيات تحضير العينة التي يطبقها المحللون. إن تحليل مجموعات الجسيمات النانوية هو ما يسمى بتحليل النقاط المختارة، حيث تتمركز حزمة إلكترونية ضيقة على جسيم نانوي فردي، ويتم تناول رسم الخرائط الكيميائية للجسيمات النانوية الفردية (أو مسح خط عبر).
التحليل الطيفي الإلكتروني لأوجير (AES) هو تقنية حساسة للسطح، يتم إجراؤها في أداة شعاع الإلكترون (على سبيل المثال SEM،TEM)، حيث يتم استخدام طاقة الإلكترونات المنبعثة أثناء استرخاء الذرات المتأينة لتحديد تكوين العينة، كما تستخدم الأجهزة حزمة إلكترونية مركزة (Ei = 2-5 kV) لإخراج إلكترون المستوى الأساسي (E1) من ذرة في العينة. كما هو الحال في عملية (XEDS)؛(تشتيت الطاقة بالأشعة السينية)، إلكترون آخر من مستوى طاقة أعلى (E2) ليحتل المستوى الذي أخلاه الإلكترون المقذوف.
ونتيجة لاستخدام حزمة إلكترونية، فقد تعتبر (AES) عمومًا تقنية مدمرة إلى الحد الأدنى؛ لأنّها يمكن أن تغير السطح كيميائيًا. على عكس (XEDS) حيث يتم إطلاق الطاقة الزائدة المتولدة من خلال خطوة الاسترخاء هذه كطاقة حركية منقولة إلى إلكترون ثالث، أو إلكترون أوجيه، والذي يتم طرده من مستوى الطاقة الذي يشغله (E3).
كما تتمثل إحدى نقاط القوة الرئيسية لـ (AES) في أنّ شعاع الإلكترون الأساسي يركز على أقطار صغيرة جدًا ومناسب تمامًا لتحليل تلوث الجسيمات على رقائق Si. كما هو الحال مع (TOF-SIMS)، حيث يمكن استخدام (AES) في وضع المسح الطيفي لتحديد العناصر الموجودة في المنطقة محل الاهتمام نوعياً.
كما يمكن أيضًا استخدام (AES) في وضع ملف تعريف العمق المدمج مع حزمة رش الأيونات لتحديد عمق الملوثات الأولية، أو في وضع رسم الخرائط الأولية لإنتاج صور يرتبط فيها التباين بالتوزيع الجانبي للعنصر.
