3.8. Количественный анализ оже-электронных спектров

Количественный анализ методом ОЭС основан на зависимости интенсивности оже-электронных линий от концентрации элемента в поверхностном слое образца (см. выражение (3.9)) и во многом аналогичен количественному анализу в методе РФЭС. Для определения относительной атомной концентрации элементов в многокомпонентном образце используют интенсивности ожеэлектронных линий и известные из справочной литературы значения факторов чувствительности, учитывающих различие сечений ионизации для разных электронных оболочек и его зависимость от энергии первичных электронов. В общем случае отношение концентраций двух элементов в анализируемом слое образца можно представить в виде

где F – функция сечений ионизации и энергии первичных электронов (в простейшем случае представляющая собой отношение факторов чувствительности для элементов А и В).

3.9. Сравнение характеристик ОЭС и РФЭС

Во многих чертах методы рентгеновской фотоэлектронной и оже-электронной спектроскопии являются близкими, однако существует несколько различий, позволяющих отдавать предпочтение тому или другому методу в зависимости от поставленной задачи. Сравнение основных характеристик двух методик исследования поверхности приведено в табл. 3.2.

Относительная чувствительность, определяемая отношением интенсивностей спектральных линий, для обоих методов составляет доли монослоя, однако существуют принципиальные ограничения по регистрации ряда элементов.

Абсолютная чувствительность, определяемая интенсивностью спектральных линий, больше у метода ОЭС, поскольку при равных сечениях ионизации гораздо проще увеличить интенсивность первичных электронов, нежели рентгеновского излучения. Лучшее

145

Таблица 3.2. Сравнение характеристик методов РФЭС и ОЭС [17]

пространственное разрешение также достигается в методе ОЭС, что обусловлено простотой фокусировки электронного пучка по сравнению с рентгеновским излучением. Пространственное разрешение метода ОЭС (~10 нм) значительно превосходит разрешение стандартных РФЭ-спектрометров (~1 мм), и на порядок превышает наилучшее достигнутое на сегодняшний день пространственное разрешение РФЭС (~100 нм, «наноЭСХА»32). Количественный анализ тонкой структуры спектров, дающий информацию об электронных свойствах образца (таких как плотность состояний на уровне Ферми), в ОЭС гораздо более сложен, нежели в РФЭС, в силу участия в оже-переходе трех электронных уровней. Качественный анализ, в том числе информация о химическом состоянии элемента в образце, для РФЭС и ОЭС примерно одинаков.

Таким образом, исходя из приведенных характеристик, можно заключить, что использование метода ОЭС оправдано для проведения быстрого экспресс-анализа элементного и химического состава образца, а также получения карты распределения элементов по поверхности образца. В то же время метод РФЭС более подходит для проведения исследования тонких электронных эффектов, таких как плазмонные и одноэлектронные возбуждения.

32) M. Escher, N. Weber, M. Merkel, B.Krömker, D. Funnemann, S. Schmidt, F. Reinert, F. Forster, S. Hüfner, P. Bernhard, Ch. Ziethen, H.J. Elmers, G. Schönhense // J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 144–147 (2005) p.1179.

146

3.10. Аппаратура для ОЭС

Аппаратура для ОЭС во многом сходна с аппаратурой для РФЭС, подробно рассматривавшейся в предыдущей главе. В случае спектрометров, предназначенных только для исследований методом ОЭС, обычно используют энергоанализаторы типа цилиндрического зеркала по причине их большей чувствительности по сравнению с анализаторами типа сферического конденсатора. В том случае, когда спектрометр представляет собой комбайн, оснащенный рядом аналитических методик, таких как РФЭС, ОЭС, СРМИ, для всех методик используется один энергоанализатор (как правило, типа сферического конденсатора).

3.11. Использование метода ОЭС в исследовании наноструктур и поверхности твердого тела

В силу высокой поверхностной чувствительности метод ОЭС наравне с методом РФЭС широко используется при исследовании свойств наноструктур и поверхности твердого тела. Одним из преимуществ ОЭС является возможность его использования в режиме микроскопии, что позволяет получать информацию о локальном элементном и химическом составе образца и его электронной структуре. Вместе с методикой РФЭС оже-спектроскопия дает возможность исследовать размерные электронные эффекты в нанообъектах (эффекты начального и конечного состояний).

Одним из красивых примеров использования оже-спектроскопии является методика наблюдения перехода нанокластеров металла в неметаллическое состояние при уменьшении их размера, основанная на использовании электронных оже-переходов Костера–

Кронига (КК), чувствительных к зонной структуре исследуемого материала 34). Так, для 3d-металлов процессом КК является оже-

электронный переход L2L3V. Результатом такого процесса, в частности, является эффективный переход остовной дырки с уровня 2р1/2 на уровень 2р3/2. В силу этого процесс КК влияет на соотношение интенсивностей спектральных линий оже-электронов, эмитировавших в результате оже-переходов L2VV и L3VV:

147