Эксперимент
Облучение поверхности образцов ионами и определение состава поверхностных слоев методом РФЭС проводили при комнатной температуре in situ в высоком вакууме (10-7 мбар) на электронном спектрометре Leybold LHS-10 (Германия). В первом опыте в качестве образца использовали чистый вольфрам в виде фольги, во втором и третьем – порошкообразный оксид WO3(ч.д.а.), который прессовали на мелкоячеистую позолоченную сетку на медной подложке. Образец площадью 0,5 см2 помещали в камеру предварительной подготовки электронного спектрометра, где его поверхность бомбардировали по нормали ионами кислорода, гелия и аргона соответственно с энергией 3 кэВ. В экспериментах использовали сверхчистые газы (фирмы Messer Griesheim (Германия)) с чистотой ≥ 99.998 об. %. После облучения образец через вакуумный шлюз перемещали в камеру анализа электронного спектрометра, где проводили определение состава восстановленной поверхности.
РФЭ-спектры измеряли в режиме постоянного абсолютного энергетического разрешения электростатического полусферического анализатора при энергии пропускания 50 эВ. В качестве источника возбуждения спектров использовали рентгеновское излучение Mg Kα-излучение (hν = 1253.6 эВ). Точность измерения энергии связи Есв фотоэлектронов составляла 0.1 эВ; глубина отбора аналитической информации была ∼ 3–5 нм; вакуум в камере анализа спектрометра 2 × 10–7 Па. Градуировку энергетической шкалы электронного спектрометра проводили сравнением со спектральными линиями стандартных образов – Au 4f7/2 (84,0 эВ). Разложение сложных спектров на составляющие после вычитания нелинейного фона проводили с помощью смешанной функции Гаусса–Лоренца с использованием пакета программного обеспечения XPSPEAK Version 4.1 [19]. При этом диапазон фона подбирался так, чтобы на результат в наименьшей степени повлияли побочные линии O 2s (41,6 эВ) и W 5p - всегда присутствующая для металла линия низкой интенсивности (для линии 5p3/2 энергия связи 36,8 эВ), лежащие в области спектра. Кроме того, при получении оксида учтено возможное влияние металла подложки, поскольку глубина определения состава данным методом составляла порядка 2-3 атомных слоёв и была сравнима с глубиной ионного окисления. Для ионной бомбардировки оксидов, являющихся диэлектриками, учтён возможный эффект зарядки поверхности. В таблице приведены условия облучения и данные из разложенных спектров.
Таблица 1. Сведение данных по облучении образцов ионами и составу поверхностного слоя.
-
Ионы O2+ (1)
Облучениеt, мин
W, %
WO, %
WOx, %
WO3, %
1
0
0
0
0
100
2
5
11,9
24,2
26,2
37,7
3
40
37,1
33,0
17,1
12,7
Ионы Ar+ (2)
Доза, ион/см2
W, %
WO, %
WOx, %
WO3, %
1
0
0
0
0
100
2
1,5∙1016
11,9
24,2
26,2
37,7
3
1,9∙1017
37,1
33,0
17,1
12,7
Ионы He+(3)
Доза, ион/см2
W, %
WO, %
WOx, %
WO3, %
1
0
0
0
0
100
2
4,9∙1015
0
8,7
19,3
72,0
3
2,9∙1017
15,9
37,3
34,0
12,8