Вопрос 31. Электронная оже-спектроскопия (эос). Механизм эмиссии оже-электронов. Глубина выхода оже-электронов.

Оже-эффект(открыт Пьером Оже в 1925г) заключается в следующем: На рисунке показан фрагмент электронной структуры атома, в состав которого входят 3 электронных уровня, частично или полностью занятые электронами. При обстреливании ускоренными электронами е, энергия которых выше потенциала ионизации K уровня, то существует вероятность ионизации этого уровня, в результате образуется вакансия(белый кружок). После чего вакансия заполняется при переходе электрона с L1, в ходе которого выделяется энергия, равная разности энергий связи электрона на уровнях. В дальнейшем процесс может идти двумя путями: либо будет испущен рентгеновский фотон, либо эта энергия безызлучательным способом будет передана другому электрону, находящемуся, например, на уровне L2 . Если этой энергии будет достаточно, то произойдет ионизация уровня L2 , в результате чего будет испущен электрон (стрелка 2 на рис. 1). Реализация второй возможности и есть собственно оже-процесс, а эмитируемый электрон называют оже-электроном.

Если обозначить оже-процесс обычным образом через последовательность уровней, принимающих в нем участие, КL1L2 , то в первом приближении энергия оже-электронов Е(КL1L2) определяется формулой Е(КL1L2) = E(K) – E(L1) – E(L2), где Е(K), E(L1) и E(L2) – энергии связи электронов на уровнях К, L1 , L2.

Глубина выхода оже-электронов

Главным преимуществом ОЭС по сравнению со многими другими методами является очень малая глубина анализа, что делает эту методику пригодной для исследования поверхности. В свою очередь, глубина анализа определяется длиной свободного пробега электронов в твердом теле в смысле неупругих взаимодействий. Понятно, почему это так. Если зародившийся в твердом теле оже-электрон при движении к поверхности испытает хоть одно неупругое взаимодействие (например, совершит ионизацию атома), то он потеряет часть энергии и не будет зарегистрирован в интересующем нас месте энергетического спектра вторичных электронов, который формируется при бомбардировке твердого тела ускоренными электронами. То есть оже-электроны, рожденные на глубине большей, чем длина свободного пробега, не будут нести информацию о нахождении атомов данного сорта. Длина свободного пробега в сильной степени зависит от скорости движения, а следовательно, и от энергии электронов. Обычно исследуются оже-электроны с энергиями от нескольких десятков электронвольт до нескольких килоэлектронвольт. Во всех материалах длина свободного пробега (а следовательно, и глубина анализа) таких электронов не превышает 2-3 нм, то есть величины, сопоставимой с периодом кристаллической решетки твердого тела. При этом львиная доля информации поступает с глубины 0,5-1,0 нм, что и делает ОЭС уникальным методом исследования поверхности.

Вопрос 32. Экспериментальная техника для эос. Количественный анализ. Применение оже-спектроскопии.

Проведение оже-анализа требует высокого вакуума. Цилиндрический зеркальный анализатор (ЦЗА) содержит внутреннюю электронную пушку, пучок которой сфокусирован в точку на образце в области фокуса ЦЗА. Электроны, испущенные из образца, проходят через входную апертуру, отклоняются, а затем через выходную апертуру ЦЗА направляются к электронному умножителю. Пропускаемая энергия Eпропорциональна потенциалу, приложенному к внешнему цилиндру, а диапазонΔЕпрошедших электронов определяется разрешением R = ΔЕ/Е (R = 0.2-0.5%).

Оже-электронные переходы обычно проявляются как небольшие особенности, наложенные на большой фон вторичных электронов. Поэтому обычно используется диффиринцирующая техника и получение dN(E)/dE. Выход оже-электронов YAдля свободного атома определяется произведением сечения ионизации электронныым ударом и веротяности испускания оже-электрона YA~ σe (1 – ωX)

На выход влияют первичные электроны, которые проникают в поверхностый слов и испытывают обратно рассеяние, если их энергия превышает энергию связи, углы падения и испускания. Вероятность выхода из шероховатой поверхности меньше, чем из гладкой. Оже-электронная спектроскопия является поверхностно-чувствительной методикой.

32.

Применение.

Одним из преимуществ оже-электронной спектроскопии является её чувствительность к примесям с малой массой атом, таким как углерод или кислород, которые обычно загрязняют поверхность и границы раздела, что играет разрушающую роль в реакциях в тонких пленках, замедляя взаимнуюдиффузию.

Оже-спектроскопия с послойным распылением применяется при анализе многослойных пленок. Она способна давать полуколичественный профиль распределения в многослойной пленки элементов, соседствующих впериодической таблице.