Principios de análisis instrumental

534 Capítulo 21 Caracterización de superficies por espectroscopia y microscopía «< Filamento de Filamento alimentac ión 1-----------, de corriente Cilindro Ánodo"],----, Filamento de soporte, voltaje de alimentación 0-3000 V Alimentación de alto voltaje (ace lerado) 0-50000 V FIGURA 21.8 Diagrama de bloques de una fuente de filamento de tungsteno. especiales de la espectroscopia Auger es su capacidad para efec– tuar escaneos de superficies de sólidos con una elevada resolución espacial. Por lo regular, se utilizan para este fin haces de electrones con diámetros que varían entre 5 y 500 ¡.Lm. Los cañones que pro– ducen haces de aproximadamente 5 ¡.Lm se llaman microsondas Auger y se utilizan para explorar superficies sólidas con el pro– pósito de detectar y determinar la composición elemental de las heterogeneidades. Aplicaciones de la espectroscopia de electrones Auger Análisis cualitativo de superficies de sólidos. Un espectro Auger se obtiene al bombardear un área pequeña de una super– ficie (diámetro de 5 a 500 ¡.Lm) con el haz de electrones de un cañón. Se obtiene entonces un espectro de electrones derivado, tal como se ve en la figura 21.7, con un analizador. Una ventaja de la espectroscopia Auger para los estudios de superficies es que los electrones Auger de baja energía, de 20 a 1000 e V, son capaces de penetrar sólo unas pocas capas de átomos, de 0.3 a 2 nm (3 a 20 Á) del sólido. Por consiguiente, mientras los electrones de los cañones de electrones penetran hasta una mayor profundidad por debajo de la superficie de la muestra, sólo los electrones Auger de las cuatro o cinco primeras capas atómicas escapan para alcanzar el analizador. Por tanto, es más probable que un espectro Auger refleje la verdadera composición de la superficie de los sólidos. Los dos espectros Auger de la figura 21.7 son para muestras de una aleación con 70% de cobre y con un 30% de níquel, que a menudo se utiliza para estructuras donde se requiere resisten– cia a la corrosión por agua salada. La resistencia a la corrosión de esta aleación aumenta en forma apreciable con una oxidación anódica preliminar en una solución concentrada de cloruro. En la figura 21.7A se ilustra el espectro de una superficie de aleación que ha sido pasivada de esta manera. El espectro B corresponde a otra muestra de la aleación en la que el potencial anódico de la oxida– ción no fue lo suficientemente grande como para ocasionar una pasivación importante. Los dos espectros revelan claramente las diferencias químicas entre las dos muestras y explican la mayor resistencia a la corrosión de la primera. En primer lugar, la rela– ción entre el cobre y el níquel en la capa superficial de la muestra no pasivada es casi igual que la de la muestra global, mientras que en el caso del material pasivado, los picos del níquel eclipsan por completo el pico del cobre. Además, la relación oxígeno-níquel en la muestra pasivada se aproxima a la del níquel puro anodizado, que también tiene una elevada resistencia a la corrosión. Así, la resistencia a la corrosión de la aleación parece ser consecuencia de la creación de una superficie que es en gran parte óxido de níquel. La ventaja de la aleación sobre el níquel puro es su costo significativamente más bajo. Perfil de profundidad de superficies. El perfil de profundi– dad implica la determinación de la composición elemental de una superficie cuando está siendo erosionada o pulverizada por un haz de iones de argón . Tanto la espectroscopia fotoelectrónica de rayos X, como la espectroscopia Auger se pueden utilizar para la detección elemental, pero la última es la más común. En la figura 21.9 se muestra en forma esquemática cómo se lleva a cabo el pro– ceso con una microsonda Auger muy bien enfocada; el diámetro del haz de la microsonda es de alrededor de 5 ¡.Lm. El haz de la microsonda y el haz que erosiona funcionan de manera simultá– nea, y se registra la intensidad de uno o más de los picos Auger resultantes en función del tiempo. Debido a que la velocidad de erosión está relacionada con el tiempo, se obtiene un perfil de pro– fundidad de la composición elemental. Esta información es de vital importancia en una gran variedad de estudios como la quí– mica de la corrosión, el comportamiento catalítico y las propieda– des de las uniones de los semiconductores. La figura 21.10 es un perfil de profundidad para la alea– ción de cobre-níquel descrita en la sección anterior (figura 21.7). Las relaciones entre las intensidades pico para el cobre frente al níquel, se registran en función del tiempo de bombardeo o ata– que. La curva A es el perfil para la muestra que ha sido pasivada por oxidación anódica. En esta muestra, la relación cobre-níquel es prácticamente cero durante los 10 primeros minutos de la pul– verización, lo que corresponde a una profundidad de alrededor de 50 nm. La relación aumenta luego y se aproxima a la de una mues– tra de aleación que ha sido atacada químicamente, de modo que su superficie es aproximadamente la de toda la muestra (curva C). El perfil para la muestra no pasivada (curva B) se asemeja al de la muestra atacada químicamente, aunque se observa cierta eviden– cia de una capa delgada de óxido de níquel. Barrido de líneas. Los barridos de líneas se utilizan para carac– terizar la composición de la superficie de sólidos en función de la distancia a lo largo de una línea recta de 100 ¡.Lm o más. Para Haz de iones Punto analizado Muestra FIGURA 21.9 Representación esquemática del uso simultáneo del ataque por bombardeo de iones y de la espectroscopia Auger para determinar perfiles de profundidad. (Cortesía de Physica l Electronics, USA, Chanhassen, MN .)