Abstrakt

Ablative Lasertechnologie im tiefen UV-Bereich: Ein technischer Überblick

Pillay AE, Stephen S, Elkadi M und Vukusic S

Die ablative Lasertechnologie wird erfolgreich als Werkzeug in wissenschaftlichen Anwendungen eingesetzt, insbesondere zur Bewertung der Homogenität von Materialien und zur Erstellung von Tiefenprofilen von Proben mit dem Ziel, die Elementverteilung in unterirdischen Ebenen zu ermitteln. Gepulste Mikrostrahlen treffen ein Ziel mit höchster Genauigkeit und erzeugen Informationen zu Spurenelementen sowohl räumlich als auch im Substrat. Durch die Untersuchung verschiedener Schichten einer Probe können Daten zu tief in der Probenmatrix vergrabenen Verunreinigungen gewonnen werden. Dies ist insbesondere in Fällen wichtig, in denen versteckte Verunreinigungen die Leistung bestimmter Proben beeinträchtigen können, wie etwa bei Halbleitern oder biomedizinischen Proben. Stochastische Effekte wie unvollständige Kraterbildung, unregelmäßige Energieimpulse und unvorhersehbare Abweichungen der Strahlenergie können die Ergebnisse von Forschungsanwendungen erheblich beeinträchtigen. Diese technischen Merkmale werden durch eine hochentwickelte Software gesteuert, die eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung des Instruments spielt. Proben sind in der Regel heterogener Natur, wie etwa Gestein, Reservoirkerne und Betonstrukturen, und die Heterogenität der Proben ist daher ein Faktor, der die Übernahme eines herkömmlichen Protokolls zur Standardisierung der Technik verhindert. Weiche Proben wie Gele und Wachse könnten unter besonderen Bedingungen einer Standardisierung unterzogen werden. Für Feststoffe ist die Technik jedoch weitgehend semiquantitativ und eignet sich besonders zur Untersuchung der Homogenität fester Ziele, die den Grad der Elementverteilung innerhalb der Probenmatrix widerspiegelt. Die Lasereinheit ist an ein ICP-MS-Gerät von Perkin Elmer gekoppelt und die Einhaltung konsistenter Betriebsparameter ist für genaue und reproduzierbare Ergebnisse entscheidend. Die Wellenlänge des Laserstrahls liegt im tiefen UV-Bereich und das System wird mit einem Strahl von 213 nm mit variablem Durchmesser zwischen 5 und 100 μm, einem Gasfluss von 0,8 l/min, einer Energiepulsrate von 60 MHz und einer Strahlenergie zwischen 30 und 60 % betrieben. Im Vergleich zu anderen aktuellen instrumentellen Techniken ist die ablative Lasertechnologie für die Tiefenprofilierung und Oberflächenanalyse überlegen.