Spettroscopia Auger
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La'spettroscopia Auger o AES (acronimo dell'inglese Auger Electron Spectroscopy) è una delle tecniche spettroscopiche di analisi di superficie che valutano la composizione chimica superficiale. Fornisce, infatti, la composizione elementare di una superficie utilizzando un fascio elettronico ad alta energia per sondare la superficie più esterna (20-30 Å) del campione in analisi (aree dell'ordine del μm).
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[modifica] Principio fisico
La AES può essere sintetizzata in 3 passaggi: ionizzazione atomica, emissione dell’elettrone (effetto Auger), analisi degli elettroni Auger emessi. Quando un atomo viene colpito elettrone (o da un'altra particella) con energia tra i 2 keV e i 50 keV, un elettrone di core può venire espulso, creando una lacuna in un orbitale interno. Di conseguenza l’atomo rimane in uno stato eccitato, e la lacuna di core viene riempita da un elettrone degli orbitali esterni. In questa situazione l’atomo possiede energia in eccesso, che può essere liberata sottoforma di Raggi-X caratteristici (fotoni) o emettendo un elettrone degli orbitali più esterni, detto elettrone Auger.
[modifica] Funzionamento
Gli elettroni Auger sono emessi con energie cinetiche che dipendono dagli elementi presenti sul campione e questo permette il riconoscimento delle specie atomiche presenti con un limite di precisione dello 0,1%. Tutti gli elementi della tavola periodica, tranne idrogeno ed elio, possono essere rivelati e la profondità di analisi è di 1-3 nm. Inoltre, poiché l’energia cinetica degli elettroni Auger dipende dal legame chimico che l’atomo eccitato forma con gli atomi vicini si può determinare lo stato chimico dell’atomo eccitato. L’analisi Auger può essere inoltre compiuta in profondità nel campione mediante l’erosione degli strati atomici superficiali (sputtering) usando ioni di gas rari (come Ar + ) di diverse energie (0,5-5 keV). In questo modo si possono rimuovere strati ultrasottili. Poiché il fascio di elettroni incidenti può essere focalizzato su un’area anche inferiore a 15 nm, le misure Auger possono essere compiute con un'altissima risoluzione spaziale. Il campione da analizzare con l’AES è irradiato con un fascio di elettroni primari, come risultato si ottiene l’emissione di elettroni Auger, secondari e retrodiffusi che possono essere rilevati e analizzati. Gli elettroni retrodiffusi e secondari sono utilizzati per creare un’immagine. Gli elettroni Auger, invece, sono emessi a energie caratteristiche degli elementi presenti sulla superficie del campione. La spettroscopia Auger può essere condotta utilizzando le moderne strumentazioni SEM (Scanning Electron Microscope) e rappresenta una metodica analitica molto veloce e molto accurata perché lo spettro Auger di ogni elemento chimico è molto specifico; la posizione dei picchi, dopo essere stata analizzata in funzione dell' energia, viene usata per identificare gli elementi e gli stati chimici presenti. Una limitazione consiste nel fatto che gli atomi degli elementi più pesanti tendono ad emettere raggi X piuttosto che seguire l'emissione Auger e ciò influenza il campo di applicabilità di questa tecnica. L’esperimento è condotto in un ambiente in ulra alto vuoto (UHV).
[modifica] Applicazioni
L’AES è generalmente utilizzata per:
- Caratterizzazione qualitativa e quantitativa accurata delle specie chimiche presenti in un materiale, con possibilità di risoluzione spaziale laterale fino a poche decine di nm.
- Intorno chimico e stato di ossidazione; stato chimico e di legame delle specie presenti.
- Geometria atomica di superficie.
- Possibilità di profili di composizione in profondità quando accoppiata con bombardamento ionico.
- Banda di valenza di materiali solidi.
[modifica] Strumentazione
I componenti essenziali sono:
- Sorgente di elettroni per irradiare il campione da analizzare;
- Analizzatore di energia, che misura gli elettroni secondari;
- Rivelatore di elettroni;
- Registratore dati, lavorazione dati e uscita
