Spektrometria termodesorpcyjna opisywana w literaturze skrótami TDS (thermal desorption spectroscopy) bądź TPD (thermal programmed desorption) polega na sledzeniu uwalniania substancji z ogrzewanych próbek w funkcji ich temperatury. Szczegółowa analiza widm TDS (najczęściej lekkich gazów szlachetnych lub H) wprowadzonych do tarczy pozwala uzyskać ważne informacje o oddziaływaniu atomów domieszki z siecią krystaliczną próbki oraz jej niedoskonałościami, jak m.in. wakanse i ich klastery oraz wyznaczać parametry opisujące ich dyfuzję. Spektroskopia termodesorpcyjna TDS jest często stosowaną metodą badania nieuporządkowania w ciałach stałych spowodowanego bombardowaniem wiązkami cząsteczek, jak również retencji zanieczyszczeń w materiałach używanych zarówno w konstrukcji klasycznych reaktorów jądrowych jak i urządzeń wykorzystujących fuzję termojądrową, takich jak beryl, wolfram czy grafit. Należy w tym miejscu wspomnieć, że tworzenie się warstw zawierających wnęki, czy bąbli wypełnionych wprowadzonymi przez bombardowanie jonowe gazami w półprzewodnikach, metalach i cienkich warstwach przyciąga uwagę naukowców i inżynierów ze względu na możliwość wykorzystania tych procesów w technologiach Smart-cut bądź w getterowaniu zanieczyszczeń.
W Katedrze Fizyki Materiałowej prowadzone są badania uwalniania domieszek-gazów szlachetnych (He,Ne, Xe, Ar, Kr) zaimplantowanych do tarcz półprzewodnikowych (przede wszystkim krzemu i germanu). Najczęściej wykorzystywanym, aczkolwiek nie jedynym możliwym profilem nagrzewania jest profil liniowy:
(1)
Rysunek 1. przedstawia ewolucję widma TDS wraz ze zmianą tempa narastania temperatury zaimplantowanej próbki. Nietrudno zauważyć, ze wraz ze wzrostem tempa ogrzewania próbki zmienia się położenie dominującego wierzchołka, jaki kształt całego widma TDS.
 |
Rys. 1 Widma TDS He zaimplantowanego z energią 100 keV do próbek Ge. |
Analiza przesunięć wierzchołków z wykorzystaniem np. metody Redheada pozwala oszacować wartości energii aktywacji desorpcji Q. Jeśli założy się, że proces termodesorpcji jest pierwszego rzędu, to liczba uwalnianych w jednostce czasu atomów argonu opisana jest równaniem:
(2)
W powyższym wzorze n to liczba uwalnianych/desorbujących atomów, k - stała Boltzmanna, zaś - współczynnik proporcjonalności. Przyjmując, że temperatura zależy liniowo od czasu, jak we wzorze (1) a także uwzględniając fakt że dla maksimum emisji (w temperaturze Tp odpowiadającej wierzchołkowi) zachodzi d2n/dt2=0, otrzymuje się równanie:
(3)
Patrząc na równanie (3), łatwo można dostrzec że energię aktywacji desorpcji Q można wyznaczyć odkładając na osi y odwrotności temperatur odpowiadających wierzchołkom 1/Tp zaś na osi x wartości ln (Tp2/) a następnie wpasowując w te punkty prostą.
W pokazanym przypadku wartość energia aktywacji oszacowano na 0.78 eV, co pozostaje w dobrej zgodności z wynikami uzyskiwanymi innymi metodami.
