I bob. Ionli implantasiya usuli

Ikkilamchi ion yemissiya. IIMS usulini xarakterlovchi asosiy fizik va asbobiy parametrlar 3 ta ifodadan iboratdir. Ikkilamchi ion yemissiya koyeffisiyenti , ya’ni bitta tushgan ionga chiqqan ionlar (musbat, manfiy) miqdiori. A yelement uchun namuna matrisasida quyidagi ifodani beradi

(1)

bu yerda - ikkilamchi ionlar miqdorini chanlangan neytral va

zaryadlangan zarralarning to’liq miqdoriga nisbati, C_A – mazkur yelementning namunadagi atom konsentrasiyasi, S ko’maytma – changlangan materialning to’liq koyeffisiyenti (bitta birlamchi ionga to’g’ri keladigan atomlar miqdori). va S kattalik namuna matrisasining tarkibiga bog’liq. sirtning yelektron xossasi bilan bog’liq bo’lsa, S yelementar bog’ yenergiyasi yoki qattiq jismni atomlanish issiqligi bilan aniqlanadi.

IIMS qurilmasi o’lchaydigan ikkilamchi ionlar toki (1 sekundagi ionlar soni) quyidagi ifoda bilan aniqlanadi

(2)

bu yerda - monoizotopli yelementning ion toki (ko’p izotopli yelement uchun ion toki teng, bu yerda f_a - A yelementdagi a izotopning borligi). kattalik – qo’llanilayotgan IIMS mazkur izotopli ionlarni samarali qayd qilinishi. I_p - namunaga tushuvchi birlamchi ionlarning to’liq toki. I_p kattalik birlamchi ionlarning tok zichligi D_p (1 sekundda 1sm² dagi ionlar miqdori) va to’plam diametriga d (sm) bog’liqdir. Agarda to’plam yuzasini dumoloq, D_p tok zichligini yuza atrofida doimiy desak, u xolda

(3)

IIMS qurilmasida ishlatiladigan mavjud birlamchi ionlar manbayida namunadagi tok zichligi 100 mA/sm² dan oshmaydi (bir zaryadli ion toki xolatida 1 mA ga 6,210¹⁵ ion/sek oqim to’g’ri keladi).

IIMS qurilmasi. IIMS qurilmasi to’rtta asosiy bo’limlardan tashkil topgan: birlamchi ionlar manbayi va to’plamni hosil qilish tizimi, namuna ushlagich va ikkilamchi ionlarni tortuvchi linza, ikkilamchi zarralarni massani zaryadga nisbati (m/ye) bo’yicha taxlil uchun mass – spektrometr va ionlarni qayd qiluvchi yuqori sezgir tizim. Ko’pgina qurilmalarda birlamchi ionlarni hosil qilish uchun gaz razryadli yoki plazmali manbalar ishlatiladi. Bu manbalar to’plamni hosil qilish va uzatish tizimi bilan birgalikda sirtni keng oraliqda tezlik bilan changlatishni ta’minlaydi, ya’ni 10^-5 dan 10³ A/s gacha. Ikkilamchi zarralarni m/ye bo’yicha ajratish magnit yoki kvadropol analizator yordamida amalga oshiriladi. IIMS qurilmalarida yeng ko’p tarqalgan analizator ikkita fokuslovchi magnit spektrometr (unda yenergiya va impuls bo’yicha taxlil qiladi) bo’lib, u yuqori sezgirlikka yegadir. Ko’p pog’onali magnit spektrometrlar uchun materialning asosiy cho’qqisining dumi hisobiga hosil boluvchi fon signal, umumiy fon uchun 10^-9 daraja va massa uchun 10^-6 darajaga olib kelishi mumkin.

2
.4.3-rasm.Ikkinchi ionlarning mass spektrometrik tahlilida oddiy va to`g`ri tasvir usulining sxemasi.

Ikkilamchi ionlarning mass analizida ikkita usul qo`llanilishi mumkin: oddiy mass spektrometrik va to’g’ri tasvir usuli. Ular rasmda sxematik tasvirlangan. Birinchi usulda yaxshi ajrata olishli analizator namunaning katta yuzasidan keluvchi tez ikkilamchi ionlarning sezilarli qismini yuqori sezgir ion detektoriga uzatadi. Massa bo’yicha ajratilgan ikkilamchi zarralar detektorning kirish tirqishidagi nuqtaviy fokusda jamlanadi. Bunday statik xolatda namuna sirti bo’yicha o’rtalashtirilgan ma’lumotni olamiz va sirtning qaysi soxasidan ikkilamchi ion kelganini aniqlay olmaymiz. To’g’ri tasvir usulida analizatorning fokal tekisligida sirtning ion tasviri hosil qilinadi va difragmalash yo’li bilan namuna sirtida m/ye bilan chiqqan ionlardan soha xaqida ma’lumot olishimiz mumkin. Barcha IIMS qurilmalari sirt va yelementlar konsentrasiyasini chuqurlik bo’yicha taqsimotini taxlil qilish imkonini beradi. Ular quyidagilar bo’yicha farqlanadilar:detektorlashdagi sezgirlik ostonasi, massa bo’yicha ajratish, birlamchi to’plam tok zichligi, nishon atrofidagi vakuum sharoiti, sirt bo’yicha yelement konsentrasiyasining taqsimotini tahlil qilish, yoki bo’lmasa zond yordamida skanerlash bilan topografik (x–y) taxlil.

Barcha mavjud IIMS qurilmalarini uchta guruxga bo’lish mumkin.

1. 
   Sirt bo’yicha yelementlarning taqsimotini taxlil qilishni amalga oshirmaydigan;
   
2. 
   Ion zond yordamida skanerlash bilan sirt bo’yicha taqsimot haqida ma’lumot beruvchi;
   
3. 
   To’g’ri tasvir usuli yordamida sirt bo’yicha taqsimot haqida ma’lumot beruvchi.
   

Skanerlovchi ion zond bilan sirt bo’yicha yelementlarning taqsimoti haqida ma’lumot olish imkonini beruvchi qurilma. Bu kategoriyaga kiruvchi IIMS qurilmani ion zond deyiladi. Bu qurilmada birlamchi to’plam massa bo’yicha taxlil kilinadi va diametri 2 dan 300 mkm bo’lgan dog’ga fokuslaydi. Qurilmaning sxemasi rasmda keltirilgan.

T
o’g’ri tasvirli qurilma. m/ye bo’yicha ajratilgan nurdan jism tasvirini olish imkonini beruvchi IIMS qurilmasi mass spektral mikroskop bo’lib, uning sxemasi rasmda ko’rsatilgan.

Sezgirlik ostonasi.Matrisa tarkibida bo`lgan elementlar

konsentrasiyani minimal aniqlanadigan darajasi yelementning xususiyatiga, matrisaning kimyoviy tarkibiga, birlamchi ion turiga, namunaga tushuvchi toka, zarralarni olish teles burchagiga va ikkilamchi ionlarni analizator orqali o’tish samaradorligiga, uning umumiy foni, shuningdek detektorning fon iva samaradorligiga bog’liq bo’ladi. Yuqoridagi dastlabki ikkitasidan tashqari keltirilgan faktor asbobning konstruksiyasi bilan aniqlanadi va yuqori sezgirlikka yerishish maqsadida optimallashtiriladi. Changlanish buzuvchi jarayon bo’lganligi sababli istemol qilinayotgan material miqdorini kamaytirish uchun yuqori samarali analizator va yuqori sezgirlik kerak. Sezgirlikning qulay meyori qayd qilinayotgan ikkilamchi ionlarni birlamchi ionlar miqdoriga nisbatidir. IIMSning sirtni tahlil qilish usuli sifatida imkoniyatlari to’g’risida savol tug’ilganda yeng asosiy narsa birlamchi ionlar to’plami parametri, sirtning changlanish tezligi va mazkur yelement uchun sezgirlik ostonasi orasidagi o’zaro bog’liqlikdir. Ko’pincha bunday o’zaro bog’liqlik to’g’risida ma’lumotlarning yo’qligi usul imkoniyatlari haqida noto’g’ri tasavvurni beradi. Birlamchi ion toki diametr iva to’plam zichligi, sirtning changlanish tezligi, hamda sezgirlik ostonasi orasidagi nisbatlar 8 – rasmda grafik ko’rinishda tasvirlangan. Berilgan ion yenergiyasida nishon atomini ketkazish tezligi (1 sekunddagi monoqatlamlar soni) D_p tok zichligiga to’g’ri proporsional bo’lsa, IIMS usuli Bilan qayd qilishdagi sezgirlik ostonasi to’liq ion toki I_p ga teskari proporsionaldir.Agarda sirt deyarli o’zgarishsiz qolishi talab qilinsa, u holda IIMS usulini namuna changlatilishining kichik tezliklarida (1 sekundda 10^-4 qatlam) o’tkazish kerak. Usulning yetarli darajada sezgirligini ta’minlash maqsadida (10^-4 qatlam) rasmdan ko’rinib turganidek, diametri 1 mm bo’lgan 10^-10A tokli birlamchi ionlar to’plami kerak. Birlamchi ionlar tok zichligining bunday kichik qiymatlarida (10^-5mA/sm²) sirtga qoldiq gaz atom iva molekulalarning kelish tezligi, ularni birlamchi to’plam tomonidan changlanish tezligidan katta bo’ladi. Shuning uchun IIMS usulidagi o’lchashlarni yuqori vakuumda o’tkazish kerak.