🗊Презентация Ожэ-электронная спектроскопия

Ожэ-электронная спектроскопия, историческая справка Метод оже-электронной спектроскопии (Auger Electron Spectroscopy) основан на оже-эффекте, названном в честь французского фи- зика Пьера Оже (Pierre Auger), обнаружившего данный эффект в 1925 г. Метод идентификации поверхностных примесей, основанный на регистрации возбуждаемых электронным пучком оже-электронов, был предложен в 1953 г. С 1968 г. для повышения чувствительно- сти данного метода стали использовать дифференциальные оже- электронные спектры.

Отличительными особенностями метода ОЭС являются: - поверхностная чувствительность метода; - чувствительность к химическому состоянию элементов; -возможность сканирования образца сфокусированным элек- тронным пучком, позволяющая получать карту распределения элементов по поверхности образца (оже-электронная микроскопия) с субмикронным разрешением использование анализаторов электронов типа цилиндрического зеркала, обладающих большей чувствительностью по сравнению с другими типами анализаторов.

Физические основы ОЭС В основе методики ОЭС лежат следующие процессы: 1) ионизация остовных электронных уровней первичным электронным пучком с энергией E p и интенсивностью I p (так называемым электронным ударом); 2) оже-рекомбинация (т.е. безызлучательный, jkl оже-переход); 3) эмиссия оже-электрона с кинетической энергией КЕjkl; 4) регистрация энергетического спектра оже-электронов, покинувших образец.

Схематически последовательность данных процессов

Для ионизации остовного уровня с энергией связи j BE необхо- димо выполнение энергетического условия p j E ≥ BE . В принципе, для оже-перехода не важно, каким образом происходит ионизация остовного уровня. Поэтому, в соответствии со способом ионизации различают оже-электронную спектроскопию (ионизация электрон- ным пучком), возбуждаемую рентгеновским излучением оже- спектроскопию (фотоионизация), ионную оже-спектроскопию (ио- низация ионным пучком).

Преимущества использования электронного пучка: 1) простота получение электронного пучка нужной энергии~ 1.5 ÷ 5.0 p E кэВ и интенсивностью ~ 1÷100 μА p I ; 2) возможность фокусировки электронного пучка (до единиц микрон) и сканирования им поверхности образца, позволяющая по- лучать информацию о локальном элементном составе образца (оже-электронная микроскопия).

Излучательная рекомбинация преобладает при энергии ионизации (энергии связи) BE j > 10 кэВ. При этом энергия эмитированного рентгеновского излучения со- ставляет единицы и десятки килоэлектронвольт, а глубина выхода – единицы микрон. Таким образом, хотя положение линий характе- ристического рентгеновского излучения однозначно определяется элементным составом образца, рентгеновская эмиссионная спек- троскопия (или рентгеновский микроанализ) не является поверхно- стным методом, поскольку дает информацию об интегральном эле- ментном составе поверхностных слоев образца толщиной в едини- цы микрон.

Безызлучательная или оже-рекомбинация для уровней с BE j < 10 кэВ. При этом кинетическая энергия оже-электронов составляет KE jkl ~ 1 кэВ, а их длина про- бега в материале образца – единицы нанометров. Таким образом, ОЭС является поверхностной методикой.

Общий вид электронного спектра в ОЭС

Расчет кинетической энергии оже-электрона 1. В самом грубом приближении величину KE jkl в соответствии с законом сохранения энергии можно представить как разность энергий связи уровней, участвующих в переходе: KEJKL=BEJ-BEK-BEL- ϕ 2. Учет изменения значений BE k l , в присутствии дырки на j и k уровнях, соответственно, для CVV оже-переходов можно провести в приближении эквивалентных остовов. В рамках данного приближения полагают, что для внешних электронных оболочек появление глубокой остовной дырки эквивалентно увеличению на еди- Z Z Z+1 Z+1 ницу заряда ядра. KEjkl= BEj –BEk- BEl- ϕ

3. Другой вариант учета того же эффекта был предложен Чангом и Дженкинсом (M.F. Chung, L.H. Jenkins) для оже-переходов с эквивалентными уровнями k и l: Z Z Z Z+1 Z Z+1 KE=BEJ-1/2(BEK+BEK)-1/2(BEL+BEL)- ϕ 4. Учет взаимодействия двух дырок в конечном состоянии приводит к более корректному выражению для кинетической энергии оже-электрона:

KJKL = BEJ − BEK ( j + ) − BEL (k + ) − F(k,l) −ϕ T KEJKL = εj-Rj –εk-εl+ Rk,j- F (k ,l)- ϕ T KEJKL = BE J− BEK − BEL + ΔR − F(k,l) −ϕ T Расчетные значения энергий ΔR и F(k,l) для трех перехо дных металлов 3d-ряда приведены в таблице. T Видно, что вклад разности ΔR − F(k,l) в кинетическую энергию оже-электрона составляет ≤ 1%.

Значения кинетической энергии оже-электронов KE, разницы энергии релаксации двухдырочного и T однодырочных состояний ΔR , энергии взаи- модействия двух дырок F, а также абсолютное и T Относительное значение величины ΔR − F , рассчитанные для L3VV оже-перехода в Ni, Cu и Zn T T T Элемент КЕ (L3VV),эВ ΔR, эВ F, эВ ΔR– F,эВ Вклад ΔR - F в КЕ, % Ni 846 28.1 26.6 1.5 0.2 Cu 919 21.6 26.3 -4.7 0.5 Zn 992 21.9 29.4 -7.5 0.8

Спасибо.