Электронная Оже-спектроскопия
В результате рассеяния первичных электронов в нанослое формируется распределение электронов по энергиям (рис. 2.22), в том числе и Оже-электронов, энергетические спектры которых характеризуют элементный состав вещества.
Рис. 2.22. Распределение рассеянных электронов по энергиям. 1 – энергия вторичных электронов, 2 – Оже-электроны, 3, 4, 5 – характеристические потери энергии, 6 – плазменные колебания, 7 – упруго рассеянные электроны.
Метод электронной Оже-спектроскопии (ЭОС) имеет приоритетное значение для исследования элементного состава нанообъектов, так как сигнал выделяется из слоя в пределах ~ 2 нм.. В основе ЭОС лежит Оже-эффект (рис 2.23), который проявляется в результате ионизации одной из внутренних оболочек атомов под действием первичного электронного пучка 1.
Рис 2.23. Схема Оже-процесса. 1) Выбивание первичным электроном 1 отраженного электрона 3 из уровня K с образованием вакансии 2; 2) Переход электрона 4 с уровня L на вакансию уровня K с освобождении энергии; 3) Образование за счет освобожденной энергии Оже-электрона 6, выбитого в вакуум из уровня 5 валентной зоны V или (и) рентгеновского кванта 7.
Результатом воздействия первичного пучка является выбивание электрона из внутренней орбитали атома (например, К). На освободившееся место перемещается электрон с верхней орбитали (например, L). Это сопровождается уменьшением энергии системы, которая: - для тяжелых атомов (Z >45) с вероятностью больше 50% выделяется в виде характеристического рентгеновского излучения h n = Wk - WL, - для более легких элементов расходуется на выбивание электрона в вакуум из вышележащих уровней или валентной зоны (Оже-процесс). Этот Оже-электрон испускается в вакуум с энергией WA ~ Wk - WL – WV Рассмотренный Оже-переход описывают как KLV. Вероятность генерации Оже-электронов для легких элементов составляет приблизительно 95%, для элементов с Z > 70 - не превышает 10%. Для каждого элемента существует характерный набор энергий Оже-электронов, хранящийся в базах Оже-спектров. Это позволяет производить как качественный, так и количественный анализ элементов в поверхностном нанослое. Энергии Оже-электронов (20 - 2000 эВ) соответствуют энергиям электронов в атомах, поэтому многие Оже-электроны не достигают поверхности, теряя энергию при столкновениях с атомами, что уменьшает длину свободного пробега электронов. Поэтому вклад в Оже-спектр вносят те электроны, которые возбуждены вблизи поверхности на расстоянии меньшем средней длины свободного пробега (~2нм для всех значений энергий оже-электронов). Этим обусловлена высокая поверхностная чувствительность метода. Спектроскопия характеристических потерь энергии первичных медленных электронов. Метод характеристических потерь энергии основан на регистрации и анализе дискретных потерь энергии первичного пучка электронов, вызванных: - ионизацией атомов, при которой первичный электрон выбивает из внутренней орбитали атома электрон, - одночастичными возбуждениями, при которой возбуждаются электроны орбиталей, близких к валентной зоне и валентной зоны, - возбуждением коллективных колебаний свободного электронного газа (плазмонов) в поверхностном слое, - колебаниями атомов, в которых участвуют атомы решетки и поверхностные атомы. Плазмонная спектроскопия характеристических потерь энергии. В результате воздействия электронов (или электромагнитного излучения) происходит возбуждение свободных электронов электронного газа. Спектроскопия пороговых потенциалов. Воздействие медленных электронов на поверхность нанообъекта приводит также к появлению рентгеновского излучения. Метод пороговых потенциалов позволяет измерять энергию первичного пучка, при которой возникает резкое увеличение интенсивности мягкого рентгеновского излучения тормозного, обусловленного электрон-электронным столкновением в валентной зоне и взаимодействием с ядром атома, а также характеристического, вызванного выбиванием электрона с орбиталей атомов. Так как энергия первичных электронов мала (до 1000эВ), то в процессы вовлекаются частицы, находящиеся на глубине до 1 нм, что соответствует размерам нанобъектов.
|
