4. Рфс Вычисление энергии связи на основе данных, полученных методом рфс. Уравнение фотоэффекта и учет работы выхода энергоанализатора. Точность определения энергии связи методом рфс.

Рентгеновская электронная спектроскопия основана на явлении фотоэффекта с использованием монохроматического рентгеновского излучения и позволяет определять энергии электронных уровней на основании измеренных кинетических энергий фотоэлектронов.

Теория метода на уравнении фотоэффекта: hν=E_св+Е_кин, где hν – энергия падающих квантов

E_св – энергия связи валентного или внутреннего электрона в веществе; Е_кин - кинетическая энергия электрона после фотоионизации.

Зная энергию излучения и измерив кинетическую энергию фотоэлектронов, легко рассчитать энергию связи электрона на том или ином уровне. Каждый элемент имеет свой специфический набор значений энергий связи для внутренних электронов, и по ним можно судить об элементном составе образца. Рассмотрим процессы в твердом теле, связанные с испусканием фотоэлектронов. При облучении образца рентгеновским излучением свободный электрон( в нашем случае электрон К-оболочки) переходит в свободное состояние и вылетает за пределы образца.

Этот электрон имеет определенную кинетическую энергию, точность измерения которой ограничена естественной шириной уровня, с которого выбрасывается электрон, а также точностью измерения энергии падающего характеристического рентгеновского излучения. Спектры исследуемых электронов обозначают следующим образом: сначала приводят химический символ элемента, затем обозначение уровня, с которого удален электрон, со спиновым квантовым числом j в нижнем индексе. Например, Si2P_1/2, Au4f_7/2.

Для определения энергии связи измеряют кинетическую энергию (Е_кин) фотоэлектронов в анализаторе спектрометра. Измеряемое значение Е_кин отличается от величины Е_кин для электронов, вылетевших из образца, но еще не попавших в анализатор. Это различие вызвано существованием между образцом и анализатором контактной разности потенциалов, равной разнице работ выхода электронов из образца _об. и анализатора _ан. (рис.2).

В экспериментах РФС между исследуемым образцом и материалом анализатора устанавливается электростатическое равновесие - уровни Ферми выравниваются. Тогда за нуль отсчета кинетической энергии выбитого электрона естественно принять уровень Ферми материала анализатора, т.е. определять величину энергии связи (Е_св.) из выражения:

Е_св = h - Е_кин - _ан. (2)

В процессе рентгеновской фотоэмиссии вследствие вылета электронов из образца (для случая диэлектриков и полупроводников) на образце скапливается положительный электрический заряд, и фотоэлектронный спектр в целом сдвигается в сторону более низких кинетических энергий. Для оценки энергетического смещения спектров за счет зарядки используют методы внутреннего и внешнего стандартов. При изучении адсорбированных слоев или соединений на поверхности в качестве внутреннего стандарта используют энергию связи атомов подложки, если материал подложки существенно не меняется. Распространенным внешним стандартом является энергия линии углерода С1s - 285 эВ, появляющийся от слоя углеводородов, часто присутствующих на изучаемой поверхности. Часто в качестве внешнего стандарта применяют линии от напыленной на образце пленки золота.