Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Микрозонд — это прибор, который направляет на образец стабильный и хорошо сфокусированный пучок заряженных частиц (электронов или ионов).
A microprobe is an instrument that applies a stable and well focused beam of charged particles (electrons or ions) to a sample.
Типы
Когда первичный пучок состоит из ускоренных электронов, зонд называется электронным микрозондом, а когда первичный пучок состоит из ускоренных ионов – ионным микрозондом. Термин «микрозонд» также может применяться к оптическим аналитическим методам, когда прибор предназначен для анализа микрообразцов или микрообластей более крупных образцов. К таким методам относятся микро-Рамановская спектроскопия, микро-инфракрасная спектроскопия и микро-ЛИБС. Все эти методы используют модифицированные оптические микроскопы для локализации анализируемой области, направления пучка зонда и регистрации аналитического сигнала. Лазерный микрозонд – это масс-спектрометр, использующий ионизацию импульсным лазером и последующий массоанализ образовавшихся ионов.
When the primary beam consists of accelerated electrons, the probe is termed an electron microprobe, when the primary beam consists of accelerated ions, the term ion microprobe is used. The term microprobe may also be applied to optical analytical techniques, when the instrument is set up to analyse micro samples or micro areas of larger specimens. Such techniques include micro Raman spectroscopy, micro infrared spectroscopy and micro LIBS. All of these techniques involve modified optical microscopes to locate the area to be analysed, direct the probe beam and collect the analytical signal. A laser microprobe is a mass spectrometer that uses ionization by a pulsed laser and subsequent mass analysis of the generated ions.
Применение
Ученые используют этот луч заряженных частиц для определения элементарного состава твердых материалов (минералов, стекла, металлов). Химический состав образца можно определить по элементарным данным, полученным посредством излучаемых рентгеновских лучей (в случае, когда первичный луч состоит из заряженных электронов) или путем измерения вторичного луча материала, распыленного с поверхности образца (в случае, когда первичный луч состоит из заряженных ионов). Когда энергия ионов находится в диапазоне нескольких десятков кэВ (килоэлектронвольт), эти микрозонды обычно называют FIB (фокусированный ионный луч). FIB превращает небольшую часть материала в плазму; анализ проводится теми же основными методами, что и в масс-спектрометрии. При более высокой энергии ионов, от сотен кэВ до нескольких МэВ (мегаэлектронвольт), они называются ядерными микрозондами. Ядерные микрозонды – это чрезвычайно мощные инструменты, использующие методы анализа ионного луча как микроскопию с размером пятна в микро- и нанометровом диапазоне. Эти инструменты применяются для решения научных задач в самых разных областях, от микроэлектроники до биомедицины. Помимо разработки новых способов использования этих зондов в качестве аналитических инструментов (эта область применения ядерных микрозондов называется ядерной микроскопией), в последнее время достигнут значительный прогресс в области модификации материалов (большинство из которых можно описать как PBW, протонная лучевая запись). Луч ядерного микрозонда обычно состоит из протонов и альфа-частиц. Некоторые из самых передовых ядерных микрозондов имеют энергию пучка более 2 МэВ. Это обеспечивает устройству очень высокую чувствительность к малым концентрациям элементов, около 1 ppm при размере пучка менее 1 микрометра. Такая элементарная чувствительность обусловлена тем, что при взаимодействии пучка с образцом он испускает характеристическое рентгеновское излучение каждого элемента, присутствующего в образце. Этот тип детектирования излучения называется PIXE. Другие методы анализа применяются в ядерной микроскопии, включая обратное рассеяние Резерфорда (RBS), STIM и другие. Другое применение микрозондов – производство микро- и наноустройств, например, в микроэлектромеханических системах (MEMS) и наноэлектромеханических системах (NEMS). Преимущество микрозондов перед другими процессами литографии заключается в том, что луч микрозонда можно сканировать или направлять на любую область образца. Это сканирование луча микрозонда можно представить как использование очень тонкого карандаша для рисования эскиза на бумаге или в графическом редакторе. Традиционные литографические процессы используют фотоны, которые нельзя сканировать, поэтому требуются маски для селективного облучения образца. Именно излучение вызывает изменения в образце, что позволяет ученым и инженерам создавать крошечные устройства, такие как микропроцессоры, акселерометры (как в большинстве автомобильных систем безопасности) и т.д.
Scientists use this beam of charged particles to determine the elemental composition of solid materials (minerals, glasses, metals). The chemical composition of the target can be found from the elemental data extracted through emitted X rays (in the case where the primary beam consists of charged electrons) or measurement of an emitted secondary beam of material sputtered from the target (in the case where the primary beam consists of charged ions). When the ion energy is in the range of a few tens of keV (kilo electronvolt) these microprobes are usually called FIB (Focused ion beam). An FIB makes a small portion of the material into a plasma; the analysis is done by the same basic techniques as the ones used in mass spectrometry. When the ion energy is higher, hundreds of keV to a few MeV (mega electronvolt) they are called nuclear microprobes. Nuclear microprobes are extremely powerful tools that utilize ion beam analysis techniques as microscopies with spot sizes in the micro /nanometre range. These instruments are applied to solve scientific problems in a diverse range of fields, from microelectronics to biomedicine. In addition to the development of new ways to exploit these probes as analytical tools (this application area of the nuclear microprobes is called nuclear microscopy), strong progress has been made in the area of materials modification recently (most of which can be described as PBW, proton beam writing). The nuclear microprobe's beam is usually composed of protons and alpha particles. Some of the most advanced nuclear microprobes have beam energies in excess of 2 MeV. This gives the device very high sensitivity to minute concentrations of elements, around 1 ppm at beam sizes smaller than 1 micrometer. This elemental sensitivity exists because when the beam interacts with the a sample it gives off characteristic X rays of each element present in the sample. This type of detection of radiation is called PIXE. Other analysis techniques are applied to nuclear microscopy including Rutherford backscattering(RBS), STIM, etc. Another use for microprobes is the production of micro and nano sized devices, as in microelectromechanical systems and nanoelectromechanical systems. The advantage that microprobes have over other lithography processes is that a microprobe beam can be scanned or directed over any area of the sample. This scanning of the microprobe beam can be imagined to be like using a very fine tipped pencil to draw your design on a paper or in a drawing program. Traditional lithography processes use photons which cannot be scanned and therefore masks are needed to selectively expose your sample to radiation. It is the radiation that causes changes in the sample, which in turn allows scientists and engineers to develop tiny devices such as microprocessors, accelerometers (like in most car safety systems), etc.