原子层沉积的原理

      在微纳集成器件进一步微型化和集成化的发展趋势下，现有器件特征尺寸已缩小至深亚微米和纳米量级，以突破常规尺寸的极限实现超微型化和高功能密度化，成为近些年来的热点研究领域。微纳结构器件不仅对功能薄膜本身的厚度和质量要求严格，而且对功能薄膜/基底之间的界面质量也十分敏感，尤其是随着复杂高深宽比和多孔纳米结构在微纳器件中的应用，传统的薄膜制备工艺越来越难以满足其发展需求。ALD 技术沉积参数高度可控，可在各种尺寸的复杂三维微纳结构基底上，实现原子级精度的薄膜形成和生长，可制备出高均匀性、高精度、高保形的纳米级薄膜。

       微机电系统(MEMS)是尺寸在几毫米乃至更小的高科技装置，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统，主要由传感器、动作器(执行器)和微能源三大部分组成，广泛应用于智能系统、消费电子、可穿戴设备、智能家居、系统生物技术的合成生物学与微流控技术等领域。MEMS的构造过程需要精细的微纳加工技术，而工作过程伴随着器件复杂的三维运动，其中ALD技术均可发挥重要作用，ALD具有高致密性以及高纵宽比结构均匀性，为MEMS机械耐磨损层、抗腐蚀层、介电层、憎水涂层、生物相容性涂层、刻蚀掩膜层等提供优质解决方案。

       磁隧道结(MTJ)是由钉扎层、绝缘介质层和自由由层的多层堆垛组成。在电场作用下，电子会隧穿绝缘层势垒而垂直穿过器件，电子隧穿的程度依赖于钉扎层和自由层的相对磁化方向。随着MTJ尺寸的不断缩小以及芯片集成度的不断提高，MTJ制备过程中的薄膜生长工艺偏差和刻蚀工艺偏差的存在，将会导致MTJ状态切换变得不稳定，并降低MTJ的读取甚至会严重影响NV-FA电路中写入功能和逻辑运算结果输出功能的正确性。ALD技术沉积参数高度可控，可通过精准控制循环数来控制MTJ所需达到的各项参数，是适用于MTJ制造的最佳工艺方案之一。

      生物物理学微流体器件可由单个纳米孔和电极组成，也可以由许多纳米孔阵列组成，可同时筛选、引导、定位、测量不同尺度的生物大分子，在生物物理学和生物技术领域中有着广泛的应用前景。生物纳米孔逐渐受到了人们的普遍重视引起了人们的广泛兴趣，尤其是纳米孔作为生物聚合物的检测器件，为一些生物化学现象的基础研究提供了研究的平台。然而生物纳米孔所固有的一些缺陷也很明显，如生物相容性差及微孔的尺寸不可更改等；针对于此，ALD技术可通过表面修饰，改善纳米孔的生物相容性，同时提升抗菌抑菌和促进细胞合成。

图一: ALD Al2O3(仅~10 nm)可作为MEMS齿轮高硬度润滑膜

图二：ALD应用于低温MEMS器件构造

图三：MRAM磁隧道结（MTJ）存储元件

图四：一种具有纳米蛛网结构的细菌纤维素膜

层厚是指成像层面在成像空间第三维方向上的尺寸。对于MRI. 层厚表示一定厚度的扫描层面。

层面的选取在实际临床操作中都是有一定厚度的。

我们把射频脉冲的频率范围称为带宽。带宽决定了层面的厚度。

因为射频脉冲的频率范围越大，对应符合拉莫尔频率的磁场范围就会增大，层面厚度增加。
注意:当发射射频脉冲时，只允许使一个层面中的质子产生磁共振，其他层面中任何一个质子不会产生磁共振。
      除了带宽决定层面厚度外，梯度场Gz 也会对层厚产生影响，如果选取层面射频脉冲的带宽不变，不同的Gz，对应的厚度不同， Gz 变化快(斜率大) ，对应层面厚度小， Gz 变化慢(斜率小) ，对应层面厚度大。总之，层面厚度取决于层面选择梯度Gz 和射频脉冲的带宽。

层面厚度关系到层选方向的分辨率，层面薄， 则分辨率高;层面厚，则分辨率低。

     但层面不能太薄，由于我们还要将成像层面分成大量体素，层面太薄时每个体素内质子数量减少，各体素产生信号小，信噪比小，达不到高分辨率的目的。 
通过以下两种方法降低层面的厚度:
(1)使用窄带宽的射频脉冲。窄频率的带宽将激励更窄的磁场强度范围内的质子(图1) 。
(2) 增大梯度场的斜率(图2) 。

   图1 带宽与层厚的关系

图2层厚与梯度的关系

层厚是图像质量的重要决定因素；
层厚的增加，使成像组织的体素体积增加，
相对于较薄的层面来说，体素内质子数量增加，信号强度增加，所以图像的信噪比将会增加，图像的表观改善。
但是，层厚增加了，信噪比增加的同时，空间分辨率降低，部分容积效应作用会显著。

微波等离子体原子发射光谱仪原理是什么

微波等离子体原子发射光谱仪（Microwave Plasma Atomic Emission Spectrometer，简称MP-AES）是一种高效、精确的分析工具，广泛应用于环境监测、材料科学、食品安全以及化学分析等领域。其工作原理基于微波激发等离子体源，通过等离子体激发样品中元素原子，从而实现元素定量分析。这种仪器具有高灵敏度、低检测限、操作简便等特点，是现代分析技术中的重要工具。本文将详细介绍微波等离子体原子发射光谱仪的工作原理、应用以及其在实际分析中的优势。

一、微波等离子体的生成与特性

微波等离子体原子发射光谱仪的核心技术在于微波等离子体源的生成。微波等离子体是一种由高频微波激发的等离子体，具有较高的温度和稳定性。在该设备中，微波源通过激励一个含有气体（通常是氩气）的放电腔，激发气体分子发生电离，产生等离子体。这个等离子体不仅能够在高温下稳定存在，还能提供高能量，足以激发样品中元素的原子或离子，产生特定的光谱信号。

与传统的火焰原子吸收光谱（FAAS）技术相比，微波等离子体源能够产生更高的温度和更强的激发能力，从而使得元素分析更为且效率更高。微波等离子体的温度通常可达到8000K左右，能够有效地激发样品中的多种元素。

二、原子发射光谱的基本原理

原子发射光谱分析法是一种通过测量被激发的元素原子发射出的特定光谱线来分析元素组成的方法。当样品进入微波等离子体中时，样品中的元素会吸收等离子体中释放的能量，从而使其原子发生跃迁，激发到更高能级。当原子从激发态返回基态时，会释放出特定波长的光。这些光的波长与元素的种类及其能级结构密切相关。

微波等离子体原子发射光谱仪通过光谱仪的检测系统捕捉这些光谱信号，经过光谱分析后，能够确定样品中各元素的浓度。每种元素对应特定的发射线，因此可以通过对这些发射线强度的测量，定量分析样品中的元素成分。

三、微波等离子体原子发射光谱仪的优势

1. 高灵敏度与低检测限 微波等离子体原子发射光谱仪具有极高的灵敏度。由于微波等离子体的激发温度较高，能够有效激发样品中的低浓度元素，因此能够达到低至ppb（十亿分之一）级别的检测限。这使得它在环境监测、食品分析、地质矿产等领域具有巨大的优势，尤其在要求高灵敏度和高准确度的情况下。

2. 多元素同时分析 微波等离子体原子发射光谱仪不仅能够检测单一元素，还能够同时检测多个元素。这是由于等离子体中不同元素发射的光谱线各自具有不同的波长，仪器可以在一次分析中同时采集多个元素的光谱信息，极大提高了分析效率。

3. 样品消耗少，分析快速 与传统的火焰光谱技术相比，微波等离子体原子发射光谱仪对样品的消耗量较小，且操作简便，分析速度快。这对于大量样品的快速筛选与检测具有显著优势，尤其适用于需要高通量分析的场景。

4. 较低的背景干扰 微波等离子体源的稳定性较好，且不会像火焰等其他激发源那样产生较强的背景干扰。其纯净的等离子体环境能够减少其他气体或杂质对分析结果的影响，保证了数据的准确性和可靠性。

四、应用领域

微波等离子体原子发射光谱仪被广泛应用于各类领域，包括：

• 环境监测：对水、土壤、大气等环境样品进行多元素分析，监测污染物的含量，评估环境污染状况。
• 食品安全：检测食品中的重金属、农药残留等元素，确保食品质量与安全。
• 化学分析：用于实验室中常规化学分析，如矿产资源、工业原料等的元素分析。
• 临床医学：对生物样本中的微量元素进行检测，辅助疾病诊断和健康管理。

五、总结

微波等离子体原子发射光谱仪通过高效的微波等离子体激发技术，将元素分析提升至一个新的水平。它以其高灵敏度、多元素同时分析、低背景干扰等特点，已成为现代化学分析的重要工具。随着技术的不断发展，微波等离子体原子发射光谱仪将在更多领域展现出强大的应用潜力，为科研和工业分析提供可靠的数据支持。

■  双电弧等离子体源共沉积制备新型GX铂镍催化剂

参考文献：

参考文献：
[1] M. Okinaka, et al., MBE growth mode and C incorporation of GeC epilayers on Si(001) substrates using an arc plasma gun as a novel C source. J. Cryst. Growth, 2003, 249, 78-86.