1.3. Порядок выполнения работы

1. Получить вариант задания у преподавателя.

2. Изучить явление вторичной электронной эмиссии.

3. Ознакомиться с устройством и принципом работы экспериментальной установки.

4. Ознакомиться с документацией к программе для выполнения виртуальных лабораторных работ “VR_Lab”.

5. Запустить программу для выполнения виртуальных лабораторных работ “VR_Lab”.

6. Перейти в окно с установкой.

7. В соответствии с описанием включить виртуальную лабораторную установку.

8. Установить параметры записи спектров, указанные в варианте.

9. Записать спектр и сохранить его формате *.dat.

10. Выключить виртуальную установку, закрыть программу.

11. Произвести компьютерную обработку полученных спектров: вычесть фон из спектров, определить энергии и интенсивности пиков, зарегистрированных в спектрах.

12. Определить характерные области и пики на спектрах, построить зависимость отношения амплитуды пика истинно-вторичных электронов к амплитуде пика упругоотраженных электронов от энергии первичных электронов, проанализировать полученную зависимость.

13. Оформить отчет по проделанной работе в WORD.

1.4. Контрольные вопросы

1. Объясните схему экспериментальной установки, назначение отдельных элементов установки.

2. Почему анализ вторичных электронов необходимо производить в сверхвысоком вакууме?

3. Объясните устройство и принцип работы анализатора задерживающего поля

4. При каких условиях регистрируется кривая распределения электронов по энергии N(E), а при каких – ее первая производная dN/dE?

5. Назовите характерные особенности кривой распределения по энергиям электронов.

6. Какие электроны называются упруго отраженными? Каково положение упруго отраженных электронов относительно энергии первичных электронов?

7. В чем заключается вторичная электронная эмиссия? Какими энергиями обладают вторичные электроны?

8. Какие электроны называют истинно вторичными?

9. Дайте определения коэффициента истинно вторичной электронной эмиссии, коэффициента неупругого отражения, коэффициента упругого отражения.

10. Что называется коэффициентом вторичной электронной эмиссии?

Лабораторная работа 2 Электрическое дифференцирование кривой задержки вторичных электронов

Цель работы: изучение метода электрического дифференцирования спектров вторичных электронов.

2.1. Электрическое дифференцирование кривой задержки вторичных электронов

Рассмотрим метод электрического дифференцирования на примере дифференцирования кривой задержки. Кривой задержки вторичных электронов называется зависимость тока коллектора I_K от энергии задерживающего поля еU_s (см. описание экспериментальной установки).

С

Рис. 30. Кривая задержки вторичных электронов и спектры, полученные дифференцированием кривой задержки [18]

хематический вид кривой задержки в идеальном и реальном случаях представлен на рис. 30.

При энергиях задерживающего поля, соответствующих возбуждению в образце определенных групп электронов, например, оже-электронов, ток коллектора резко уменьшается, что приводит к появлению на реальной кривой задержки небольших особенностей.

Ток коллектора связан с интегральной кривой распределения вторичных электронов по энергии N(E) следующим соотношением:

_, (12)

где E_S = eU_S, Е_Р – энергия первичных электронов.

Как видно из соотношения (12), для получения зависимости N(E) необходимо продифференцировать кривую задержки вторичных электронов. Повторное дифференцирование кривой задержки позволяет освободиться от достаточно большого бесструктурного фона вторичных электронов и трансформировать особенности кривой задержки в «двойные пики» (рис. 28).

Дифференцирование кривой задержки можно осуществить численными методами с использованием ЭВМ, что широко практикуется в современных комплексах для исследования поверхности.

В электронных спектрометрах, использующих энергоанализаторы с задерживающим полем, обычно применяют метод электрического дифференцирования кривой задержки вторичных электронов, основанный на модуляции задерживающего потенциала [11]. Повторное (двойное) дифференцирование кривой I_K(U_S) позволяет детектировать оже-пики в виде дифференциального спектра dN(E)/dE, т.е. в том виде, который принят в электронной оже-спектроскопии.

Для электрического дифференцирования на вторую и третью задерживающие сетки (см. экспериментальную установку) вместе с постоянным потенциалом U_S подается небольшое по амплитуде (обычно 0,1 … 5 В) переменное синусоидальное напряжение. В этом случае суммарный потенциал на сетке энергоанализатора будет равен

, (13)

где U – амплитуда синусоидального напряжения, w - его частота.

С помощью разложения в ряд Тейлора можно показать, что в этом случае ток коллектора может быть представлен как сумма гармоник [1]:

. (14)

Постоянная составляющая тока коллектора I₀ определяется соотношением (12), амплитуда первой гармоники

_. (15)

Амплитуда второй гармоники

(16)

и т.д.

Т

Рис. 31. Графическая иллюстрация электрического дифференцирования кривой задержки вторичных электронов

аким образом, сигнал первой гармоники пропорционален N(E). Графическая иллюстрация этого вывода приведена на рис. 31. Показана переменная составляющая тока коллектора при двух значениях постоянной составляющей задерживающего потенциала: U_S1 и U_S2.

Из этого рисунка видно, что амплитуда тока коллектора пропорциональна тангенсу угла наклона кривой I_K(U_S) для данного значения U_S, т.е. значению производной от кривой задержки для данного значения задерживающего потенциала.

Выделение требуемой гармоники сигнала коллектора осуществляется с помощью синхронного детектирования. Если частота опорного сигнала синхронного детектора равна частоте модуляции w, то на выходе детектора будет сигнал пропорциональный N(E). В случае, когда частота опорного сигнала в два раза больше частоты модуляции, то на выходе синхронного детектора выделяется вторая гармоники, т.е. dN(E)/dE.

Как видно из уравнений (15) и (16), условия пропорциональности первой гармоники N(E), а второй – dN(E)/dE выполняются лишь при малых значениях модулирующего электрического поля DЕ или, то же самое, при малых значениях амплитуды модуляции задерживающего потенциала DU.