1. Поняття про розсіювання електронів. Пружне розсіювання. Наслідки непружного розсіювання.

Поняття про розсіювання електронів. Процес взаємодії між електронами пучка з одного боку та атомами й електронами мішені з іншого. Поділяється на 2 типи: 1) пружна взаємодія, яка призводить до зміни траєкторії електрона без істотних змін його енергії; 2)непружна взаємодія, при якій відбувається передача енергії електронів твердому тілу.

Випромінювання, що виникають внаслідок взаємодії електронного пучка з твердим тілом, використовують для отримання інформації про його природу (топологію поверхні, кристалічну структуру, елементний склад, електронну структуру тощо). Прилади: растрові електронні мікроскопи (РЕМ), рентгенівські мікроаналізатори (РМА), електронні оже-спектрометри (ЕОС).

При обговоренні процесів розсіювання ключовим поняттям є ймовірність, або переріз, розсіювання (Q) та середня довжина вільного пробігу електрона (СДВП, λ) – середню відстань, що проходить електрон між двома послідовними зіткненнями або актами взаємодії.

Пружне розсіювання. Відбувається у результаті взаємодії електрона пучка з ядрами атомів, які частково екрановані зв’язаними електронами (швидкість електронна майже не змінюється).

Втрата енергії електрона неістотна (~1еВ), тому вважається, що не відбувається втрата енергії електронами пучка.

Рисунок 1.2 – Схема пружного розсіювання електрона

Кут _п = 2° … 180°, типова його величина становить 5°. Якщо електрон розсіюється на кути менше 2°, то у цьому випадку проявляються вже непружнi процеси.

Переріз пружного розсіювання ( ) описується за допомогою моделі Резерфорда, яка показує: 1) якщо _п → 0, то → ∞, отже електрон змінює напрям свого руху на 180° з ймовірністю, меншою ніж на 2°; 2) існує сильна залежність від мішені та електронного пучка, причому збільшується пропорційно i зменшується обернено пропорційно електрона.

Середню довжину вільного пробігу електрона (СДВП, λ) збільшується при зменшенні мішені та збільшенні електрона.

Наслідки не пружного розсіювання. Характерним є те, що у результаті взаємодії енергія електрона пучка змінюється, хоча напрям його руху фактично не змінюється (_н << _п). Існує багато можливих наслідків непружного розсіювання.

Збудження плазмонів. Електронний пучок може збудити хвилі у “вільному електронному газі”. Це дуже ймовірний процес (10-20 еВ). Збудження електронів провідності. Енергія, яка передається від електронного пучка, достатня для забезпечення роботи виходу електрона (вторинні електрони, до 50 еВ). Вик. у РЕМ. Iонiзацiя внутрішніх оболонок. Електрони при взаємодії з атомами можуть вибити зв’язані електрони на внутрішніх оболонках атомів, відбувається випромінювання рентгенівських квантів та оже-електронiв. Сигнали від характеристичного рентгенівського випромінювання вик. для рентгенівського мікроаналізу, а від оже-електронiв – для аналізу елементного складу твердого тіла. Гальмівне (безперервне) рентгенівське випромінювання. Електрон може гальмуватися у кулонівському полі атома. Різниця між енергією електрона до i після гальмування виділяється на випромінювання рентгенівського кванта (0 еВ … енергії пучка), який не становить цінності для мікроаналізу. Збудження фононів. Енергія йде на нагрівання твердого тіла. Коли зразок достатньо тонкий, має місце істотний нагрів мішені. Вик. у технології електронно-променевого випаровування, зварювання та плавлення.

Розрахунок втрати енергії ( ) є достатньо складним, існує ряд теоретичних моделей (наприклад, співвідношення Бете, )

Середній потенціал iонiзацiї (j) показує, яку енергію втрачає електрон за один акт взаємодії.