2. Физические основы методы эос. Механизм Оже-процесса.

Эффект, на котором основана ОЭС, был открыт в 1925 году французским физиком Пьером Оже (P. Auger) (отсюда и название метода). Суть его состоит в следующем.

Оже-процесс можно разделить на две стадии. Первая – ионизация атома внешним излучением (рентгеновским, быстрыми электронами, ионами) с образованием вакансии на одной из внутренних оболочек. Такое состояние атома неустойчиво, и на второй стадии происходит заполнение вакансии электроном одной из вышележащих уровней энергии атома. Выделяющаяся при этом энергия может быть испущена в виде кванта характеристического рентгеновского излучения, но может быть передана третьему атомному электрону, который в результате вылетает из атома, т. е. наблюдается оже- эффект.

На рис. 1 показан фрагмент электронной структуры атома, в состав которого входят три электронных уровня, частично или полностью занятые электронами (на рис. 1 они обозначены как К, L₁ , L₂). Если атом обстреливается ускоренными электронами е, энергия которых выше потенциала ионизации уровня К, то существует вероятность ионизации этого уровня, в результате чего на нем образуется вакансия (обозначена светлым кружком). Такое состояние энергетически невыгодно для атома, поэтому через некоторое время вакансия заполняется за счет перехода электрона с вышележащего уровня L₁ (переход обозначен стрелкой 1). При этом выделяется энергия, равная разности энергий связи электрона на уровнях К и L₁ . 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.

Оказывается, что, измерив энергию такого электрона, можно определить, какому элементу Периодической таблицы Менделеева соответствуют обстреливаемые электронным пучком атомы. Такая возможность объясняется тем, что энергия оже-электронов не зависит от энергии бомбардирующих электронов, а определяется только электронной структурой атомов, которая хорошо известна.

3. Оэс. Глубина выхода Оже-электронов.

Глубина выхода Оже электронов зависит от материала исследуемого образца, энергии соответствующего оже перехода и не зависит от энергии падающих электронов. На рис.2 приведены данные о средней длине свободного пробега электронов (экспериментальные данные). Форма кривой и то обстоятельство, что экспериментальные точки хорошо ложатся на нее независимо от материала, говорят о том, что глубина выхода электронов определяется в основном их кинетической энергией. Видно быстрое уменьшение длины свободного пробега с ростом энергии: когда энергия электрона изменяется в интервале 1-5 эВ (выше уровня Ферми), длина свободного пробега относительно неупругого рассеяния убывает на порядок. Такое поведение длины свободного пробега связано с тем, что с увеличением энергии первичного электрона происходит возбуждение все более глубоких состояний валентной зоны и увеличивается вероятность электрон-электронного рассеяния. Ширина валентной зоны у большинства веществ не превышает 10 - 15 эВ, так что возбуждение валентных состояний происходит в интервале энергий первичных электронов 0 - 15 эВ. Следовательно, низкоэнергетический интервал характеризуется преимущественно электрон-электронным рассеянием и возбуждением межзонных переходов.

Последующее увеличение энергии приводит к включению новых механизмов неупругого рассеяния и дальнейшему уменьшению длины свободного пробега. Когда энергия электрона изменяется в интервале 10 - 50 эВ, с наибольшей вероятностью проявляется механизм возбуждения плазменных колебаний. Вероятность возбуждения плазмона велика, когда электрон теряет энергию, равную энергии кванта плазменного колебания ћ.

Влияние на длину свободного пробега эффектов возбуждения внутренний уровней оказывается слабым по сравнению с рассеянием на валентных электронах и плазмонах и при дальнейшем увеличении энергии наблюдается тенденция к увеличению длины свободного пробега.