Una microsonda es un instrumento que aplica un haz estable y bien enfocado de partículas cargadas ( electrones o iones ) a una muestra.
Cuando el haz primario está formado por electrones acelerados, la sonda se denomina microsonda electrónica ; cuando el haz primario está formado por iones acelerados, se utiliza el término microsonda iónica . El término microsonda también se puede aplicar a las técnicas analíticas ópticas , cuando el instrumento está configurado para analizar micromuestras o microáreas de muestras más grandes. Dichas técnicas incluyen la microespectroscopia Raman , la microespectroscopia infrarroja y la microespectroscopia LIBS . Todas estas técnicas implican microscopios ópticos modificados para localizar el área que se va a analizar, dirigir el haz de la sonda y recolectar la señal analítica.
Una microsonda láser es un espectrómetro de masas que utiliza la ionización mediante un láser pulsado y el posterior análisis de masas de los iones generados. [1] [2] [3]
Los científicos utilizan este haz de partículas cargadas para determinar la composición elemental de materiales sólidos ( minerales , vidrios , metales ). [4] La composición química del objetivo se puede encontrar a partir de los datos elementales extraídos a través de rayos X emitidos (en el caso en que el haz primario consiste en electrones cargados) o la medición de un haz secundario emitido de material pulverizado desde el objetivo (en el caso en que el haz primario consiste en iones cargados).
Cuando la energía de los iones está en el rango de unas pocas decenas de keV (kiloelectronvoltios), estas microsondas se denominan habitualmente FIB ( haz de iones enfocado ). Un FIB convierte una pequeña porción del material en un plasma; el análisis se realiza mediante las mismas técnicas básicas que las que se utilizan en la espectrometría de masas .
Cuando la energía de los iones es mayor, de cientos de keV a unos pocos MeV (megaelectronvoltios), se denominan microsondas nucleares. Las microsondas nucleares son herramientas extremadamente potentes que utilizan técnicas de análisis de haces de iones como microscopías con tamaños de punto en el rango micro/nanómetro. Estos instrumentos se aplican para resolver problemas científicos en una amplia gama de campos, desde la microelectrónica hasta la biomedicina. Además del desarrollo de nuevas formas de explotar estas sondas como herramientas analíticas (esta área de aplicación de las microsondas nucleares se denomina microscopía nuclear ), recientemente se han logrado grandes avances en el área de modificación de materiales (la mayoría de los cuales se pueden describir como PBW, escritura con haz de protones ).
El haz de la microsonda nuclear [5] suele estar compuesto de protones y partículas alfa . Algunas de las microsonda nucleares más avanzadas tienen energías de haz superiores a los 2 MeV. Esto proporciona al dispositivo una sensibilidad muy alta a concentraciones diminutas de elementos, alrededor de 1 ppm en tamaños de haz inferiores a 1 micrómetro . Esta sensibilidad elemental existe porque cuando el haz interactúa con una muestra, emite rayos X característicos de cada elemento presente en la muestra. Este tipo de detección de radiación se denomina PIXE . Se aplican otras técnicas de análisis a la microscopía nuclear, como la retrodispersión de Rutherford (RBS), la STIM , etc.
Otro uso de las microsondas es la producción de dispositivos de tamaño micro y nano, como en los sistemas microelectromecánicos y los sistemas nanoelectromecánicos . [6] La ventaja que tienen las microsondas sobre otros procesos de litografía es que se puede escanear o dirigir un haz de microsonda sobre cualquier área de la muestra. Este escaneo del haz de microsonda se puede imaginar como usar un lápiz de punta muy fina para dibujar su diseño en un papel o en un programa de dibujo. Los procesos de litografía tradicionales utilizan fotones que no se pueden escanear y, por lo tanto, se necesitan máscaras para exponer selectivamente su muestra a la radiación. Es la radiación la que causa cambios en la muestra, lo que a su vez permite a los científicos e ingenieros desarrollar dispositivos diminutos como microprocesadores, acelerómetros (como en la mayoría de los sistemas de seguridad de los automóviles), etc.