Principios de análisis instrumental

a) b) -- Estado virtual Vis hvvis Estado excitado SF h(vvis + v 1R) vibracional e) FIGURA 21.14 Generación de frecuencia resultante. En a) se muestra una configuración de reflexión interna total para estudiar una inter– fase líquido-líquido. En b) se muestra una configuración de reflexión externa para estudiar una interfase líquido-gas. En ambos casos un fotón IR de frecuencia viR coincide con un fotón visible de frecuencia vvis· La frecuencia resultante (vrR + vv;s) se genera como se ve en e) . forma temporal y espacial en la interfase. En la figura 2l.l4c se puede ver un diagrama del nivel de energía que ilustra el proceso. La generación de frecuencia resultante se aplica a varios pro– blemas analíticos. Se ha estudiado con ella la estructura y el com– portamiento de los tensoactivos en interfases líquido-líquido, así como la estructura del agua en interfases líquido-líquido y líqui– do-gas. La técnica también se utilizó para investigar los surfactan– tes biológicos, como las monocapas de fosfolípidos, en interfases líquidas y para estudiar la adsorción de moléculas procedentes de la atmósfera en superficies líquidas. La capacidad para sondear interfases enterradas y estudiar las propiedades dinámicas de los procesos que ocurren en ellas harán de esta técnica una herra– mienta muy útil en el futuro. 21E.3 Elipsometria La elipsometría es una técnica que utiliza la luz polarizada para conocer las propiedades dieléctricas de las muestras. 21 Es muy común aplicarla en el análisis de películas muy finas que están sobre superficies. En la elipsometría, un rayo incidente polarizado, a menudo procedente de un láser, se hace incidir en una película, y la luz reflejada se analiza con el fin de determinar un cambio en el estado de la polarización. El cambio en la amplitud y la fase de }}) 21F Métodos de microanálisis estimulados por electrones 539 la luz reflejada se relacionan luego con propiedades como índice de refracción de la película, absortividad, anisotropía óptica y espesor. Las mediciones básicas en la elipsometría implican la medi– ción de los coeficientes de reflexión para luz polarizada paralela R¡¡ y perpendicular R1. (a veces denominada luz polarizadas y p, respectivamente). La relación entre estos valores, que es un número complejo, da el ángulo elíptico 'Y y el desplazamiento de fase b.. de acuerdo con R¡¡ - = tan('l')eiu Rl. (21.9) Los parámetros 'Y y b.. revelan el espesor de la capa reflectora y sus propiedades ópticas. Hay vario s tipos diferentes de elipsómetros disponibles comercialmente. El tipo más antiguo era el de tipo nulo, en el cual un haz incidente polarizado circularmente era reflejado por la superficie de la muestra hacia un analizador. El estado de pola– rización del rayo incidente era seleccionado por un polarizador y compensador de modo que se obtenía luz polarizada linealmente después de la reflexión. Entonces se hacía girar el analizador hasta quedar en posición perpendicular respecto al eje de polarización de la luz entrante procedente de la muestra como lo indicaba un mínimo en la intensidad de la luz. Algunos instrumentos todavía utilizan el principio de la nulidad, pero los controla una compu– tadora y están equipados con cámaras con dispositivos de acopla– miento de carga que funcionan como detectores. Otro tipo de elipsómetro se basa en una técnica de modulación de fase. En esta técnica, una plancha giratoria de un cuarto de onda o modulador acústico-óptico cambia con rapidez el estado de polarización del haz incidente. Las características de la luz reflejada se obtienen a partir de un análisis de la señal modulada del detector y se usan para calcular el espesor de la película y otras cantidades. La elipsometría espectroscópica adquiere los parámetros elip– sométricos en función de la longitud de onda y, a menudo, del ángulo de incidencia. Los elipsómetros espectroscópicos moder– nos están equipados con cámaras con dispositivos de acopla– miento de carga para recolectar los datos de longitud de onda variable. Muchos de los instrumentos más recientes utilizan tam– bién técnicas de transformada de Fourier debido a las elevadas relaciones señal-ruido y a otras ventajas inherentes. 21F MÉTODOS DE MICROANÁLISIS ESTIMULADOS POR ELECTRONES Varias técnicas de microanálisis detectan las partículas emitidas des– pués de que un haz de electrones finamente enfocado choca contra la superficie de una muestra. En esta sección se trata el análisis con microsonda de electrones y la microscopía electrónica de barrido. 21F.1 Microsonda de electrones Con la microsonda de electrones se estimula la emisión de rayos X de la superficie de la muestra al enfocar un haz fino de electrones. 21 Para mayor información refiérase a M. Losurdo y K. Hingerl, Ellipsometry at ti!e Nanosca/e, Heidelberg: Springer, 2013; H. Fujiwara, Spectroscopic Ellipsometry: Principies and Applications, Chichester, UK: Wiley, 2007; H. G. Tompkins y E. A. Irene, Handbook ofEllipsometry, Norwich, NY: William Andrew Publishing, 2005.