Die Analyse monomolekularer FestkörperoberflÄchenschichten mit Hilfe der SekundÄrionenemission

Abstract

The use of extremely low primary ion current densities (10⁻⁹ A cm⁻²) increases the sputtering time of the original first monolayer of a solid to such a degree (>10⁴ s), that the analysis of this layer by secondary ion spectroscopy can be realized. Changes in its composition (caused by surface reactions, particle bombardment etc.) can be observed for a long period before a considerable fraction of the surface has interacted with the weak ion beam.

The capacity of the method is demonstrated by analysis results of Ag and Mo surfaces. Many kinds of ions follow exactly the time dependenceN(t)=N(0)e ^−t/T, characteristic exclusively for ions originating from components present only in the first monolayer. The detection limit for several complex anions is below 1 ppm of a monolayer (<10⁻¹⁵ g).

This method of monolayer analysis shows some advantages compared with electron probe x-ray analysis or Auger electron spectroscopy: Isotope separation, detection of changes of concentration within the first few monolayers, and especially the detection of chemical compounds.

Zusammenfassung

• 1. Durch Verwendung extrem niedriger PrimÄrionenflÄchendichten (10⁻⁹ A cm⁻²) kann die AbbauzeitT für die ursprünglich erste Monoschicht ines Festkörpers so erhöht werden (>10⁴ s), da\ ihre Analyse auf der Grundlage der SekundÄrionen-Massenspektrometrie möglich wird. Wie die Messungen zeigen, wird diese Analyse durch eventuell vorhandene monomolekulare Adsorptionsschichten nicht behindert.

• 2. Die Beobachtung des zeitlichen Verlaufs der IntensitÄt einer bestimmten Ionenart ermöglicht es, eindeutig zu entscheiden, ob die sie verursachende Komponente nur in der ersten, oder auch in tieferen Monoschichten des Festkörpers vorhanden ist.

• 3. Die Nachweisgrenze zahlreicher Anionenkomplexe liegt unter 1 ppm einer Monoschicht.

• 4. Auf kurze Zeitintervalle begrenzte Einzelpunktmessungen ermöglichen es, bei einer PrimÄrionen-FlÄchenbelastung von 10⁻⁸A s cm⁻² (Abbau von weniger als 0,01% einer Monolage), Änderungen der Zusammensetzung der OberflÄche (verursacht etwa durch OberflÄchenreaktionen oder DiffusionsvorgÄnge) zu verfolgen.

• 5. Gegenüber der Auger-Elektronen-Spektroskopie zeigt die auf der SekundÄrionen-Spektroskopie beruhende Methode der Monoschichtanalyse einige bedeutende Vorteile: Neben dem besseren Auflösungsvermögen, der Isotopentrennung und der Möglichkeit, KonzentrationsÄnderungen im Bereich einer einzelnen Monolage zu erfassen, vor allem die FÄhigkeit, chemische Verbindungen als solche mit gro\er Empfindlichkeit nachzuweisen.