Methods Employed in Optical Emission Spectroscopy Analysis: a Review

Métodos empleados en el análisis de espectroscopía óptica de emisión: una revisión

En este trabajo se presentan diferentes métodos empleados para el análisis de espectros ópticos de emisión. El propósito es calcular la temperatura de excitación (Texc), temperatura electrónica (Te) y densidad electrónica (ne) empleando diversas técnicas usadas en el crecimiento de películas delgadas. Algunas de estas técnicas incluyen magnetron sputtering y descargas arco. Inicialmente, se describirán algunos principios fundamentales que soportan la técnica de Espectroscopía Óptica de Emisión (EOE); posteriormente, se considerarán algunas reglas que deben considerarse para el análisis de espectros con el fin de evitar ambigüedades. Finalmente, se presentarán algunos d los métodos espectroscópicos más determinar las propiedades físicas de plasmas.

1 INTRODUCCIÓN

Los diagnósticos de plasma son las técnicas utilizadas para obtener información sobre la naturaleza (propiedades) del plasma, como las composiciones químicas y las especies del plasma, la densidad del plasma, el potencial del plasma, la temperatura de los electrones, las distribuciones de energía de iones/electrones, las distribuciones de masa de iones y las especies neutras [1],[2]. Algunas de las técnicas empleadas para la caracterización del plasma incluyen la sonda de Langmuir [3],[4], la interferometría [5], la espectroscopia de masas [6], el método de dispersión de Thompson [7] y la espectroscopia de emisión óptica (OES) [8]. La técnica de caracterización del plasma más directa y que requiere poco análisis teórico es probablemente el método de dispersión de Thompson; sin embargo, la técnica de espectroscopia es la más sencilla si la instrumentación permite su uso. Los métodos espectroscópicos para el diagnóstico del plasma son los menos perturbadores, y para la evolución de los parámetros del plasma, estudian la radiación emitida, absorbida o dispersada [9]. En general, los métodos de diagnóstico espectral intentan establecer relaciones entre los parámetros del plasma y las características de la radiación, como la intensidad de emisión o absorción y el ensanchamiento o desplazamiento de las líneas espectrales. La aplicabilidad de estos métodos depende del sistema que se estudie, ya que algunas de las técnicas son generales y otras no se aplican fácilmente en el equilibrio termodinámico total y local. Muchos estudios en la literatura sobre los parámetros del plasma utilizan la técnica OES, que puede aplicarse en muchos campos, desde los plasmas espaciales [10] hasta los experimentos de laboratorio como la fusión nuclear [8] y la producción de materiales asistida por plasma [11]. El OES es una técnica muy útil en el procesamiento de materiales porque las características del plasma pueden correlacionarse con las características del material. Además, la OES se emplea como una herramienta de control durante el proceso para controlar la contaminación y permitir la monitorización temporal y espacial del plasma. G. Zambrano y E. Restrepo et al [12] realizaron estudios de plasma en una descarga de sputtering de magnetrón implementada para la producción de multicapas de WC/DLC con una mezcla de Ar/CH₄.