Spettroscopia Auger

La spettroscopia Auger o AES, acronimo dell'inglese Auger Electron Spectroscopy, (da non confondere con l'omonimo acronimo inglese della spettroscopia di emissione atomica, Atomic Emission Spectroscopy) è una delle tecniche spettroscopiche di analisi di superficie. 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).

Principio fisico[modifica | modifica wikitesto]

La AES può essere sintetizzata in 3 passaggi: ionizzazione, emissione dell'elettrone per effetto Auger, analisi degli elettroni Auger emessi.

Quando un atomo viene colpito da un 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 (ad es., 1s). 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 sotto forma di raggi X (ovvero fotoni) o emettendo un elettrone degli orbitali più esterni, detto elettrone Auger. Questo meccanismo di diseccitazione è di gran lunga predominante per elementi leggeri e diventa competitivo con l'emissione di un fotoelettrone fino all'arsenico.

Gli elettroni Auger sono emessi con energie cinetiche che dipendono dagli elementi chimici presenti nel campione.

Funzionamento[modifica | modifica wikitesto]

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 usando ioni (tipicamente 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 è irradiato con un fascio di elettroni primari, come risultato si ottiene l'emissione di elettroni Auger, di elettroni secondari e di elettroni 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 i moderni microscopi elettronici a scansione 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 va condotto in un ambiente in ultra alto vuoto (UHV), utilizzando anche sistemi di introduzione dei campioni che evitino l'esposizione all'atmosfera della camera di misura. Inoltre é necessario asportare gli strati contaminanti inevitabilmente presenti alla superficie dei campioni a causa della loro esposizione all'atmosfera; operazione che viene comunemente effettuata utilizzando gli stessi fasci di ioni utilizzati per ottenere profili in profondità.

Applicazioni[modifica | modifica wikitesto]

L'AES è generalmente utilizzata per:

Caratterizzazione qualitativa accurata delle specie chimiche presenti in un materiale, con possibilità di risoluzione spaziale laterale fino a poche decine di nm. La quantificazione della misura è invece più complessa e non sempre accurata.
Intorno chimico e numero di ossidazione; stato chimico e di legame delle specie presenti. Anche in questo caso la sensibilità della analisi è limitata, nel senso che è agevole capire se l'elemento responsabile della emissione dell'elettrone Auger è in uno stato elementale o è legato in un qualche composto, ma non è possibile ottenere informazioni dettagliate sulle energie di legame. La ragione fisica di questo fatto è che l'elettrone lascia l'atomo in uno stato di doppia ionizzazione, e ciò cambia i suoi livelli energetici. Per ottenere informazioni di questo tipo é necessario rivolgersi ad altre metodiche, come ad esempio la spettrometria di fotoelettroni (XPS - X-Ray photoemission Spectroscopy od ESCA- Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)
Geometria atomica di superficie, generando mappe con la distribuzione alla superficie del campione analizzato.
Possibilità di profili di composizione in profondità quando accoppiata con bombardamento ionico.
Banda di valenza di materiali solidi.