ФизЭлектроника PDF-лекции / (Лекция 4)

Электроны, которые выходят с больших глубин, испытывают неупругие столкновения, покидают твердое тело с меньшей энергией и дают вклад в бесструктурный фон в спектре вторичных электронов. Таким образом, глубина анализируемого слоя поверхности в методе электронной оже-спектроскопии определяется средней глубиной выхода электронов с данной энергией.

Результаты экспериментов свидетельствуют, что средняя длина свободного пробега имеет минимум, расположенный вблизи 50... 100В и до некоторой степени не зависит от вещества, в котором движутся электроны. Как видно из графика на рис. глубина анализируемого слоя для всех значений энергий оже-

электронов не превышает 20 A;. Этим обусловлена высокая поверхностная чувствительность метода.

Рис. Универсальная кривая зависимости длины свободного пробега электронов от энергии E.

Минимальная концентрация примесей, которую можно обнаружить с помощью ЭОС, составляет около одной тысячной монослоя [3].

Обычно экспериментальные оже-спектры представляют в виде первой производной от кривой распределения вторичных электронов по энергии. Это связано с тем, что доля оже-электронов в общем потоке вторичных электронов незначительна и оже-пики проявляются в виде слабых особенностей в интегральном спектре вторичных электронов (рис. 3.12б). Дифференцирование кривой N(E) позволяет избавиться от бесструктурного фона вторичных электронов и точнее определить положение оже-пика.

Процедуру дифференцирования можно осуществить численными методами при компьютерной обработке интегральных оже-спектров или с помощью аппаратурных приемов, например методом электрического дифференцирования.

Для записи оже-спектров может использоваться электронный спектрометр с

четырехсеточным энергоанализатором задерживающего поля (рис. 3).

Электронная пушка, расположенная на оси энергоанализатора формирует электронный пучок диаметром 200 мкм с энергией до 1,5 кэВ.

Рис. 3. Блок-схема экспериментальной установки

1 - энергоанализатор; 2 - коллектор электронов; 3 - электронная пушка; 4 - образец; 5 - сверхвысоковакуумная камера; 6 - система откачки и контроля вакуума; 7 - блок управления электронной пушки; 8 - генератор пилообразного напряжения; 9 -

разделительный трансформатор; 10 - генератор переменного напряжения; 11 -

двухкоординатный самописец; 12 - удвоитель частоты; 13 - синхронный детектор; 14 -

основной усилитель.

Управление питанием электронной пушки и энергоанализатора осуществляется

блоком 7. Энергоанализатор, электронная пушка и образец располагаются в

сверхвысоковакуумной камере, в которой поддерживается давление приблизительно 10-7 Па.

Кривая распределения электронов записывается в виде дифференциальной кривой . Для этого на вторую и третью сетки энергоанализатора, кроме постоянной составляющей задерживающего напряжения, подается с генератора переменного напряжения 10 небольшое по амплитуде синусоидальное модулирующее напряжение. После усиления сигнал с коллектора детектируется с помощью синхронного детектора 13. Поскольку опорным сигналом синхронного детектора является сигнал с частотой в два раза большей, чем частота напряжения модуляции, то на бланке самописца регистрируется первая гармоника сигнала коллектора, которая пропорциональна первой производной кривой распределения электронов по энергии.

Метод модуляции задерживающего потенциала заключается в том, что на задерживающий потенциал накладывается небольшое синусоидальное напряжение частотой ω. При этом в цепи коллектора анализатора течет ток,

содержащий компоненты с частотами ω, 2ω, 3ω и т.д. Амплитуда компоненты с частотой ω пропорциональна N(E), с частотой 2ω пропорциональна dN(E)/dЕ и

т.п. Подавая опорный канал синхронного детектора опорное напряжение нужной частоты, например 2ω, получим производную энергетического распределения dN(E)/dЕ

Рис. Метод электронного дифференцирования кривой распределения электронов по энергиям:

а) I- число электронов с энергией, большей, чем тормозящий потенциал

б) dI = N (E ) - распределение электронов по энергиям

В качестве примера качественного элементного анализа на рис приведен оже-спектр вторичных электронов, эмитированных поверхностью эпитаксиальной пленки γ-Fe2O3, который представлен в виде первой

производной dN/dE . Пики с энергиями 598, 651 и 703 эВ характерны для LMM

оже-переходов в атоме железа. Железу принадлежит и низкоэнергетический спектр в диапазоне энергий 45…50 эВ, связанный с оже-переходами в валентную зону. Серия близко расположенных пиков, основной из которых имеет энергию 510 эВ, принадлежат атомам кислорода. Следует отметить, в

электронной оже-спектроскопии принято энергии оже-переходов связывать с отрицательным максимум первой производной кривой распределения электронов по энергии. Истинному же значению энергии оже-электронов соответствует нулевое значение на кривой dN/dE.