Unsere GDOES-Spektrometer
Die Glimmentladungsspektrometer von Spectruma® zählen zu den präzisesten Geräten zur Analyse von Elementzusammensetzungen und Schichtdicken fester Materialien.
GDOES
Technologie
Glimmentladungs-
spektroskopie
Die Glimmentladungsspektroskopie, auch bekannt als Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GDOES), ist eine spektroskopische Methode zur Analyse von metallischen und nichtmetallischen Feststoffen, mit der die Elementzusammensetzung, Schichtdicke, Schichtstruktur, Konzentrationsgradienten und Massenverteilung untersucht werden können. Sehr dünne Schichten (< 50 nm) werden ebenso gut erfasst wie dicke Schichten von mehreren hundert Mikrometern. Als Materialien kommen Metalle, Halbleiter, Gläser, Keramiken und Polymere in Frage. Das 1968 von Werner Grimm erstmals angewandte optische Verfahren wurde kontinuierlich weiterentwickelt und zählt heute zu den genauesten Methoden der Elementanalyse und Schichtdickenbestimmung. Das Verfahren der GDOES basiert auf drei grundlegenden Schritten: dem Einbringen der Probe in eine zylindrische Hohlanode als Entladungsquelle zur Erzeugung eines Plasmas, der Anregung der Probenatome und -ionen durch Energiezufuhr und schließlich der Auswertung des emittierten Lichts mittels eines Spektrometers. Durch die Analyse der spezifischen Wellenlängen und Intensitäten des emittierten Lichts können Informationen über die Elementzusammensetzung und -konzentration in der Probe gewonnen werden, was eine qualitative und quantitative Analyse chemischer Elemente in einer Vielzahl von Materialien ermöglicht.
Kurz erklärt
Vereinfachtes
Funktionsprinzip
Die Probe wird in die Glimmentladungsquelle
eingesetzt, wo sie direkten Kontakt zur Kathode hat, sie wird also selbst als Kathode geschaltet.
Während der Analyse befindet sich in der Glimmentladungsquelle Argongas unter niedrigem Druck (0,5 hPa bis 10 hPa). Zwischen der Anode und der Probe (≙ Kathode) wird eine hohe Gleichspannung
angelegt. Dadurch werden Elektronen an der Probenoberfläche freigesetzt und in Richtung der Anode beschleunigt.
Die Elektronen gewinnen dabei kinetische Energie, die sie durch inelastische Stöße mit Argon-Atomen wieder abgeben. Als Folge der Stöße werden Argon-Atome ionisiert, es entstehen Argonkationen und weitere freie Elektronen. Die Dichte der Ladungsträger nimmt durch diesen Lawineneffekt zu, das isolierende Argongas wird leitend und es entsteht ein Plasma (eine Mischung aus neutralen Gasatomen und freien Ladungsträgern).
Die Argonkationen werden zur Probenoberfläche hin beschleunigt, da dort ein hohes negatives Potential herrscht. Beim Auftreffen auf die Probenoberfläche übertragen die Argonkationen ihre kinetische Energie auf die dort sitzenden Atome und so werden diese aus der Probe herausgeschlagen. Dieser Prozess wird als Kathodenzerstäubung oder Sputtern bezeichnet. Der Abbau der Probenoberfläche erfolgt dabei planparallel.
Die herausgeschlagenen Probenatome diffundieren ins Plasma und werden dort durch Zusammenstöße mit energiereichen Elektronen in einen energetisch angeregten Zustand versetzt. Beim Zurückfallen in den Grundzustand emittieren die Atome Licht, das für jedes Element ein charakteristisches Wellenlängenspektrum aufweist.
Das emittierte Licht gelangt über den Eintrittsspalt auf ein holographisches Gitter und wird von dort aus je nach Beugungswinkel der Wellenlängen auf die verschiedenen Detektoren geleitet und registriert.
Die Intensität der einzelnen Linien ist proportional zur Konzentration des entsprechenden Elements im Plasma. Elektrisch nicht leitende Materialien: Bei Verwendung einer hochfrequenten Wechselspannung zur Plasmaerzeugung können auch nichtmetallische Proben untersucht werden.
Leistungsumfang
Egal, ob für die Wareneingangs-, Fertigungs- und Qualitätskontrolle in der Industrie oder für die Untersuchung und Charakterisierung in Wissenschaft und Forschung – unsere Geräte bieten vielseitige Vorteile und Möglichkeiten.
Fakten
- Simulatene Analyse von Bulk und Tiefenprofilen
- Messung nahezu
aller Elemente, einschließlich H, C, N und O - Verlässliche, schnelle und reproduzierbare
Ergebnisse - Messung der Dicke von ultradünnen Schichten/Dünnschichten
- Maximale Flexibilität in der Auswahl der Kanäle
- Einfache
Handhabung der
Geräte dank
leistungsstarker Software
Die GDA-Geräteserie