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Analisi qualitativa

Il primo passo per avere una buona caratterizzazione di una superficie chimica del campione sotto investigazione è l'identificazione degli elementi presenti.

Questo si ottiene registrando una survey o wide scam spettro che fornisce dei picchi intensi relativi ad ogni elemento della tavola periodica presente sulla superficie, nel caso di XPS o AES si registra lo spettro in un intervallo di 0-1000 eV che dovrebbe risultare sufficiente.

I picchi individuali sono identificati con l'ausilio di una tavola di valori di energia di legame o di un grafico con registrati i valori di energia di legame associata a ciascun elemento.



Nello spettro in evidenza si osservano i picchi relativi al C, all'O e all'Al che sono in questo caso sovrapposti al segnale di fondo tipico dello spettro Auger. Lo spettro Auger può essere registrato in maniera diretta o differenziale. Attualmente il metodo diretto è molto più utilizzato grazie all'avvento dei microscopi Auger ad alta risoluzione spaziale.

Lo spettro Auger qua riportato è composto dai picchi fotoelettronici individuali e la banda Auger risultante dal processo di rilassamento successivo alla fotoemissione. Il segnale di fondo è piccolo ed aumenta gradualmente con l'ottenimento delle righe caratteristiche spettrali ed è dovuto a una conseguente perdita di energia relativa allo scattering degli elettroni Auger o dei fotoelettroni (il fondo cresce all'aumentare della BE).

La forma di questo fondo però contiene informazioni preziose e permette di determinare il modo in cui gli strati intorno alla superficie sono arrangiati. Nel caso di una superficie completamente pulita, i picchi fotoelettronici avranno un fondo orizzontale tipo una leggera pendenza negativa mentre se la superficie è ricoperta con strati superficiali si avrà una pendenza positiva.

Lo spettro XPS è ulteriormente complicato dalla presenza di alcuni picchi come i picchi satellite e i picchi fantasma. I picchi satellite sono presenti se non viene utilizzata una sorgente monocromatica e si verifica a causa di transizioni caratteristiche che sono eccitate da una componente minore dello spettro dei raggi x. Questi danno problemi solo vanno a finire ad un valore di energia di legame di un elemento presente in piccole concentrazioni. Utilizzando una radiazione diversa come sorgente (Mg K α) così da separarne la sovrapposizione dei picchi fantasma da una inaspettata radiazione sul campione. Questo può derivare dall'utilizzo di un cannone a doppio anodo (uno dei quali danneggiato), di un materiale anodico non in uso.

Allo spettro survey seguirà generalmente l'acquisizione dello spettro relativo a ciascun elemento.

Gli spettri XPS e Auger contengono preziose informazioni sullo stato chimico in determinate regioni dello spettro che vengono registrate ad alta risoluzione per ottenere più informazione possibile.

È necessario considerare i fattori che vanno ad influenzare la larghezza del picco Auger o fotoelettronico.

Qualsiasi incertezza nelle energie degli elettroni coinvolti nel processo Auger verrà osservato con qualche variazione nel risultante spettro. Le transizioni Auger che coinvolgono elettroni dalla struttura a bande di un atomo saranno ampie. Per una migliore qualità informazioni sullo stato chimico si vanno a ricercare transizioni che coinvolgono tre elettroni di core (transizioni CCC). Quindi si può dire che la larghezza naturale del picco Auger è influenzata da fattori relativi il processo stesso più che da fattori strumentali.

In XPS la larghezza naturale del picco è molto più piccola anche se può influenzare la forma dello spettro quando è registrato ad alta risoluzione. Per ottenere uno spettro ad alta qualità per i livelli di core è utilizzata una sorgente monocromatica AlKα che fornisce una larghezza di banda di 0,25 eV nel migliore dei casi, mentre risulta con la stessa radiazione non monocromatica 0,9 eV;questo inoltre viene associato con l'alta risoluzione dell'analizzatore concentrico emisferico (HSA) che consente di osservare nello specifico la struttura fine dei livelli di core.

Importanti parametri inoltre includono in questa analisi:
• Il numero dei picchi
• La forma del picco
• Il grado di asimmetria
• La larghezza dei componenti
• La forma del fondo che sarà influenzata dallo scattering elastico e anaelastico degli elettroni

Importanti informazioni sono contenute nella regione della banda di valenza che si estende dal livello di Fermi fino ad un'energia di 30 eV. Questa regione è molto debole ma è un problema ormai superato utilizzando sorgenti monocromatiche ed analizzatori ad alta trasmissione. Questa regione viene utilizzata come regione delle impronte digitali che ha la solita funzione in cui campioni che risultano avere caratteristiche molto simili differiranno nella regione dello spettro delle impronte digitali.
di Laura Marongiu
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