ANÁLISIS DE MATERIALES MEDIANTE ESPECTROMETRÍA DE

ANÁLISIS DE
MATERIALES MEDIANTE
ESPECTROMETRÍA DE
MASAS DE IONES
SECUNDARIOS
Laboratorio Láser
Dpto. de Química Analítica
Universidad de Málaga
Campus de Teatinos s/n
29071 Málaga
Persona de contacto:
Prof. J.J. Laserna
Teléfono 34 95 213 1881
Fax 34 95 213 2000
Email [email protected]
La espectrometría de masas de
iones secundarios (SIMS)
representa la técnica de análisis
más sensible y completa de entre
las que se dispone en la
actualidad para la caracterización
de muestras sólidas. La
Universidad de Málaga dispone
desde Mayo de 2005 del único
equipo SIMS de Andalucía,
instalado en los Servicios
Centralizados de Apoyo a la
Investigación (SCAI).
La técnica SIMS
La técnica SIMS hace uso de
partículas cargadas (iones
primarios) que se aceleran e
impactan sobre la superficie de la
muestra que es objeto de nuestro
análisis. La energía cinética
asociada de los iones primarios se
transfiere a la muestra tras el
impacto. Al ser un material sólido,
el proceso de transferencia de
energía sólo afecta a las capas
más externas del material, que
experimenta varios procesos como
efecto de la interacción entre los
que es de destacar el arrancado
(desbastado) de parte de la
muestra analizada y la generación
de iones (iones secundarios).
Estos iones proporcionan
información cualitativa y
cuantitativa de la composición
isotópica, atómica y molecular de
la muestra con independencia de
sus características conductoras.
Figura 1. Equipo SIMS instalado
en los Servicios de Investigación
de la Universidad de Málaga
Ventajas de SIMS
Las principales ventajas de la
técnica SIMS son las siguientes:
! No requiere preparación de
muestra
! Análiza de todo tipo de muestras
sólidas
! No requiere del uso de reactivos
químicos
! Excelente resolución espacial y
en profundidad
! Análisis cualitativos y
cuantitativos
! Técnica no destructiva de
análisis.
! Información isotópica, atómica y
molecular
Campos de aplicación
! Caracterización subnanométrica
de materiales estructurados
! Determinación semicuantitativa
de elementos minoritarios y traza
en materiales sólidos
! Estudios de distribución espacial
de contaminantes orgánicos e
inorgánicos en superficies
! Geocronología
! Estudios de perfiles de
concentración en profundidad de
dopantes en semiconductores
! Caracterización de
recubrimientos de uso en óptica,
microelectrónica, y otras
aplicaciones industriales
! Control de calidad de materiales
a escala micrométrica/nanométrica
Laboratorio Láser
Dpto. de Química Analítica
Universidad de Málaga
Campus de Teatinos s/n
29071 Málaga
SIMS estático
SIMS dinámico
La espectrometría de masas es la
técnica analítica más sensible y
completa para la determinación de
compuestos y elementos
químicos. SIMS es la única
técnica capaz de obtener
espectros de masas de materiales
sólidos, permitiendo explotar todo
el potencial de la espectrometría
de masas en el terreno de la
caracterización de materiales de
interés tecnológico. Con el equipo
SIMS disponible en la UMA es
posible la obtención del espectro
de masas completo de cualquier
material desde 0.4 hasta 300 uma
y obtener información sobre la
composición molecular, elemental
e isotópica a partir de las señales
obtenidas en el espectro. La
interpretación de los espectros es
sencilla y no requiere de
algoritmos complejos ni del uso de
técnicas de convolución como en
otras técnicas de análisis de
superficie. Además, en SIMS no
existe limitación en cuanto a las
características eléctricas de la
muestra, lo que abre el campo de
investigación y análisis a muestras
tan estratégicas como los
polímeros, los vidrios dopados o
los semiconductores.
Una de las clásicas aplicaciones
de SIMS es la obtención de
perfiles de concentración en
profundidad de compuestos en
materiales sólidos. Las
aplicaciones relacionadas - de
crítico interés en el campo de la
electroóptica, la microelectrónica,
la metalurgia o la catálisis - son
fácilmente abordadas por SIMS
que permite una resolución de las
interfases de gran precisión.
Figura 2. Espectros de masas
correspondientes a acero
inoxidable austenítico (arriba) y
polipropileno orientado
biaxialmente (abajo).
Figura 3. Perfil de concentración
en profundidad de la capa de SiO2
interfacial (rojo) generado durante
el dopado con P (azul) de silicio de
grado electrónico.
Generación de imágenes
químicas
La combinación de la señal
específica procedente de una
señal de interés del espectro de
masas como función de las
coordenadas espaciales en la que
se ha generado permite obtener
mapas químicos de gran interés.
Estos mapas dan a conocer de
modo más preciso la necesaria
dualidad estructura-función
característica de los materiales
avanzados.
Figura 4. Imagen química de la
superficie de una célula solar a
partir de las señales de titanio
(azul) y plata (rojo). Se observa la
heterogénea distribución de la
plata en los colectores de carga de
la celda. El área analizada es de
400 x 400 micras.