21 Загальна х-ка процесу розсіювання високоенергетичних електронів у тв. Тілі

Розсіюванням пучка високоенергетичних електронів у твердому тілі - процес взаємодії між електронами пучка з одного боку та атомами й електронами мішені з іншого. Процес розсіювання електронів поділяється на два типи: 1) пружна взаємодія, яка призводить до зміни траєкторії електрона без істотних змін його енергії; 2)непружна взаємодія, при якій відбувається передача енергії електронів твердому тілу.

М айже всі види випромінювання (рис. 1.1), що виникають внаслідок взаємодії електронного пучка з твердим тілом, використовують для отримання інформації про його природу у приладах з електронним зондом. До таких приладів відносяться растрові електронні мікроскопи (РЕМ), рентгенівські мікроаналізатори (РМА), електронні оже-спектрометри (ЕОС). 1 - пучок електронів; 2 - тверде тіло; 3 - відбиті електрони; 4 - вторинні електрони; 5 - рентгенівське випромінювання; 6 - електромагнітне випромінювання; 7- оже-електрони

Ключовим поняттям є ймовірність, або переріз, розсіювання (Q): де N, n₁ – число зіткнень та атомів у одиниці об'єму мішені; n₂ – число електронів, які падають на одиницю площі поверхні мішені.

Середня довжина вільного пробігу електрона де A, ρ – атомна маса та густина матеріалу мішені; N_A – число Авогадро

П ружне розсіювання. У випадку пружного розсіювання (рис. 1.2) величина швидкості електрона v залишається фактично незмінною (E_к = mv²/2 = const). Рисунок 1.2 – Схема пружного розсіювання електрона.

Після взаємодії електрон відхиляється від початкового напрямку руху на кут _п (2° - 180°). Якщо електрон розсіюється на кути менше 2°, то у цьому випадку проявляються вже непружнi процеси. Ймовірність пружного розсіювання описується за допомогою моделі Резерфорда: де Z – атомний номер матеріалу мішені; E – енергія електрона (в кеВ)

Непружне розсіювання. Для непружного розсіювання характерним є те, що у результаті взаємодії енергія електрона пучка змінюється, хоча напрям його руху фактично не змінюється. Деякі випадки недружнього розсіювання:

1) Збудження плазмонів - Електронний пучок може збудити хвилі у “вільному електронному газі”

2) Збудження електронів провідності - Енергія, яка передається від електронного пучка, достатня для забезпечення роботи виходу електрона, що знаходиться у зоні провідності твердого тіла, за поверхню зразка (вторинні електрони).

3) Iонiзацiя внутрішніх оболонок - Електрони, що мають достатньо високу енергію, при взаємодії з атомами можуть вибити зв’язані електрони, якi знаходяться на внутрішніх оболонках атомів. Це призводить до переведення атомів у збуджений стан. Унаслідок релаксації відбувається випромінювання рентгенівських квантів та оже-електронiв.

4) Гальмівне рентгенівське випромінювання. Електрон пучка з високою енергією може гальмуватися у кулонівському полі атома. Різниця між енергією електрона до i після гальмування виділяється на випромінювання рентгенівського кванта.

5) Збудження фононів. Значна частка енергії йде на збудження коливань кристалічної решітки (фононів) - нагрівання твердого тіла. Коли пучок падає на масивну мішень, то ділянка, якій електрони віддають свою енергію, має надійний тепловий контакт із рештою зразка. За рахунок відтоку тепла від місця падіння пучка температура мішені фактично не змінюється.