3. Maryam Kiani, Marjan Ashouri, and Feridoun Samavat, Beam interactions with materials and atoms

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Volume 31: Pages 14-21, 2018


Beam interactions with materials and atoms


Maryam Kiani,a) Marjan Ashouri, and Feridoun Samavat


Department of Physics, Faculty of Science, Bu-Ali Sina University, District 2, Hamedan, Hamedan Province 65178-38695, Iran


During the study of materials, some properties are considered to be dependent on the surface structure. Various techniques such as low energy ion scattering (LEIS), secondary ion mass spectroscopy (SIMS), and auger electron spectroscopy (AES) are used to study the surfaces of materials. Some of these techniques are more sensitive to the topmost layers of the surfaces than others, and we will discuss the details later. LEIS is also called Ion Scattering Spectroscopy and is a tool used for the study of the atomic composition, concentration, and structure of a surface, using low energy ions with energy ranging from 100 eV to 10 keV scattered off the surface. This technique is known to be more sensitive to the first layer, the nondestructive in-depth analysis of the near surface (0–10 nm). SIMS involves a primary ion beam with a typical energy range between 100 and 25 keV. A surface is bombarded, and due to the transferred impact energy, neutral atoms, molecules, and ions, so-called secondary ions, are emitted from the surface. They are detected and analyzed using a mass spectrometer. The measured mass spectrum then yields information of the chemical composition of the surface. This technique can be used in surface physics to study the composition of the topmost atomic layers, including the nature and properties of adsorbed layers. One can monitor the secondary-ion mass spectra, which yield information about the chemical elements present in the removed material. AES is a tool used for the standard analysis of the surface and interface physics, used predominantly to check the cleanliness of a freshly prepared surface under ultra-high vacuum conditions. The important fields of application (elemental analysis), as well as depth profiling of the concentration of particular chemical elements and other applications, involve alternate sputtering and AES stages.


Lors de l'étude des matériaux, certaines propriétés sont considérées comme agissant en fonction de la structure de la surface. Diverses techniques telles que la diffusion d'ions à faible énergie (LEIS), la spectrométrie de masse à ionisation secondaire (SIMS), la spectroscopie des électrons d'Auger (AES) etc., sont utilisées pour étudier les surfaces de matériaux. Certaines de ces techniques sont plus sensibles que d'autres aux couches supérieures des surfaces et nous en discuterons en détail. La diffusion d'ions à faible énergie (LEIS) est aussi appelée spectroscopie de diffusion ionique. Elle est utilisée pour étudier la composition atomique, la concentration et la structure d'une surface, en utilisant des ions de basse énergie dont l'énergie varie de 100 eV à 10 keV. Cette technique est connue pour être plus sensibles à la première couche, la non-destructive dans l'analyse de la profondeur de la surface proche (0-10 nm). En spectrométrie de masse à ionisation secondaire (SIMS) implique un faisceau d'ions primaires avec une gamme d'énergie typique entre 100 et 25 keV. Una surface est bombardée et, en raison de l'énergie d'impact transférée, des atomes neutres, molécules et des ions, appelés ions secondaires, sont émis par la surface. Ils sont détectés et analysés par un spectromètre de masse. Le spectre de masse mesuré fournit alors des informations sur la composition chimique de la surface. Cette technique peut être utilisée dans la physique de surface pour étudier la composition des couches supérieures atomiques, y compris la nature et les propriétés des couches adsorbées. On surveille les spectres de masse des ions secondaires, qui fournissent des informations sur les éléments chimiques contenus dans le matériau retiré. La spectroscopie des électrons d'Auger (AES) est un outil utilisé pour l'analyse standard de la physique de surface et d'interface, utilisé principalement pour vérifier la propreté d'une surface fraîchement préparée dans des conditions (Vide Ultra Élevé) UHV. Les domaines d'application importants (analyse élémentaire) ainsi que le profilage en profondeur de la concentration d'éléments chimiques particuliers et d'autres applications impliquent une pulvérisation alternée et des étapes AES.


Key words: Low Energy Ion Scattering (LEIS); Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS); Auger Electron Spectroscopy (AES); Surface Techniques; Surface Structures.

Received: May 24, 2017; Accepted: November 26, 2016; Published Online: December 16, 2017

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