A GDOES technológia alapjai

A GDOES technológia alapjai

A GDOES technológia lehetővé teszi a kémiai anyagösszetétel meghatározáson túl a minta felületén bármilyen réteg (hőkezelés, bevonat, festék) összetételének és vastagságának elemzését is.

Ezenkívül meghatározható a bevonatsúly és a koncentráció gradiens is. Az elemezhető rétegek vastagsága a vékony rétegektől (<50nm) a vastag rétegekig (több száz µm) terjed. Lehetséges minta anyagok: fémek, félvezetők, üvegek, kerámiák és polimerek.

1968-ban Werner Grimm bemutatott egy ködfénykisüléses izzócsövet, mely fényforrásként szolgált a fémek kémiai összetételét vizsgáló spektroszkópiai analízishez. Az úgynevezett Grimm kisülési csövet az elektródák speciális elrendezése jellemzi. Az egyenáramú áramforrás két elektródája hengeres, üreges anódként szolgál, a mintadarab pedig katódként szorosan elzárja az anódot.

Azóta ezt a technikát és alkalmazását folyamatosan finomították. Ma a GDOES technológia az elemanalízis és a rétegvastagságmérés egyik legpontosabb módszere.

Villamosan vezető anyagok: a mintát a ködfény forrásába helyezzük oly módon, hogy közvetlen kapcsolatban legyen a katóddal, így önmaga is katóddá válik.

A ködfény-forrást argon gázzal töltik fel alacsony nyomáson (0,5-10hPa). Az anód és a minta között nagy egyenfeszültséget (DC) alkalmaznak (≙ katód). Az egyenfeszültség miatt az elektronok elszabadulnak a mintadarab felületéről, és felgyorsulnak az anód irányába, amely kinetikus energiát nyer. A rugalmatlan ütközésekkel az elektronok átviszik a kinetikus energiájukat az argon atomokra, aminek következtében azok argonkationokká és további elektronokká disszociálódnak. Ez a lavina hatás növeli a töltéshordozó sűrűségét, így a szigetelő argon gáz vezetőképessé válik. A semleges argon atomok és a szabad töltéshordozók (argonkationok és elektronok) így keletkező elegyét  plazmának nevezik.

Az argonkationok felgyorsulnak a mintafelület irányába, mivel ott magas a negatív potenciál. A minta felületének ütközve az argonkationok kiütnek néhány atomot a mintából. Ezt a folyamatot katódporlasztásnak nevezik. A minta felületének ablálása síkban párhuzamos módon történik.

A minta kiütött atomjai diffundálnak a plazmába, ahol nagy energiájú elektronokkal ütköznek. Ezen ütközések során az energia átadódik a minta atomjainak, aminek következtében gerjesztett energiaállapotba kerülnek. Alapállapotba visszatérve az atomok fényt bocsátanak ki jellegzetes hullámhossz-spektrummal.

A bemeneti résen áthaladva a kibocsátott fény eléri a homorú rácsot, ahol spektrális komponenseire bomlik. Ezeket a komponenseket a detektáló rendszer rögzíti. A vonalak intenzitása arányos a megfelelő elemek koncentrációjával a plazmában.

Schematic layout of a Glow Discharge Spectrometer GDOES

Szigetelő anyagok: a plazma létrehozásához használt rádiófrekvenciával a szigetelőanyagok is elemezhetők.

A GDOES (Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy) tehát egy kiváló spektroszkópiai módszer a fémes és nemfémes szilárd anyagok kvalitatív és kvantitatív elemzéséhez.

 

Kapcsolódó termékek:

Spectruma GDOES spektrométerek

Elérhető dokumentumok