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辉光放电光谱仪
原理

  辉光放电腔室内充满低压氩气,当施加在放电两极的电压达到一定值,超过激发氩气所需的能量即可形成辉光放电,放电气体离解为正电荷离子和自由电子。在电场的作用下,正电荷离子加速轰击到(阴极)样品表面,产生阴极溅射。在放电区域内,溅射的元素原子与电子相互碰撞被激化而发光。
  整个过程是动态的,氩气离子持续轰击样品表面并溅射出样品粒子,样品粒子持续进入等离子体进行激化发光,不断有新的层在被溅射,从而获得镀层元素含量随时间的变化曲线。
  辉光放电等离子体有双重作用,一是剥蚀样品表面颗粒;二是激发剥蚀下来的样品颗粒。在空间和时间上分离剥蚀和激发对于辉光放电操作非常重要。剥蚀发生在样品表面,激发发生在等离子体中,这样的设计可以很好地抑制基体效应。
  氩气是辉光放电最常用的气体,价格也相对便宜。氩气可以激发除氟元素外所有的元素,如需测试氟元素或是氩元素时需采用氖气作为激发气体。有时也会使用混合气体,如Ar+He非常适合于分析玻璃,Ar+H2可提高硅元素的检出,Ar+O2会应用到某些特殊的领域。
  光谱仪的主要功能是通过收集和分光检测来自等离子体的光以实现连续不断监控样品成分的变化。光谱仪的探测器必须能够快速响应,实时高动态的观测所有元素随深度的变化。辉光放电光谱仪中多色仪是仪器的重要组成部分,是实现高动态同步深度剖析的保障。而光栅是光谱仪的核心,光栅的好坏决定了光谱仪的性能,如光谱分辨率、灵敏度、光谱仪工作范围、杂散光抑制等。辉光放电是一种较弱的信号,光通量的大小对仪器的整体性能有至关重要的影响。 

特点

  辉光放电光谱仪作为一种新型的表面分析技术,虽然近年来才崭露头角,但已受到了越来越多的关注。辉光放电光谱仪在深度剖析材料的表面和深度时具有不可替代的独特优势,它的分析速度快、操作简单、无需超高真空部件,并且维护成本低。
  辉光放电光谱仪最初起源于钢铁行业,主要被用于镀锌钢板及钢铁表面钝化膜等的测定,但随着辉光放电光谱技术的逐步完善,仪器的性能也得以提升,可分析的材料越来越广泛。
  其性能的提升表现在两方面:一方面随着深度分辨率的不断提升,辉光放电光谱技术已可以逐渐满足薄膜的测试需求。现在,辉光放电光谱仪的深度分辨率可达亚纳米级别,可测试的镀层厚度从几纳米到150微米,某些特殊材料可以达到200微米。
  另一方面是辉光源的性能改善,以前辉光放电光谱仪主要用于钢铁行业的测试,测试的镀层样品几乎都是导体,DC直流的辉光源即可满足该类测试,但随着功能性镀层的不断发展,越来越多的非导体、半导体镀层出现,这使得射频辉光源的独特优势不断凸显。射频辉光源既可以测试导体也可以测试非导体样品,无需更换任何部件和测试方法,使用方便。如果需要测试热敏材料或是为抑制元素热扩散则需选用脉冲射频辉光源。脉冲模式下,功率不是持续性的作用到样品上,可以很好地抑制不期望的元素扩散或是造成热敏样品的损坏,确保测试结果的真实准确。

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