оже-спектроскопия

ОЖЕ-СПЕКТРОСКОПИЯ - область электронной спектроскопии, в основе к-pой лежат измерение энергии и интенсивностей токов оже-электронов, а также анализ формы лнний спектров оже-электронов, эмитированных атомами, молекулами и твёрдыми телами в результате оже-эффекта .Энергия оже-электронов определяется природой испускающих их атомов и взаимодействием этих атомов с окружающими, что приводит к небольшим изменениям энергии оже-электронов. Поэтому по оже-спектрам можно определить элементный состав приповерхностных слоев твёрдых тел, получать информацию о межатомных взаимодействиях, осуществлять хим. анализ газов. О--с. газов используется также для исследования механизма оже-эффекта, основных и возбуждённых состояний дважды ионизов. атомов, разл. эффектов, связанных с процессом нач. возбуждения атома. Анализ элементного состава производится путём сопоставления оже-спектров с табличными данными. Расположение пика в энер-гетич. спектре оже-электронов несёт информацию о хим. природе атомов, его амплитуда - об их концентрации. Взаимодействия атома с его окружением проявляются в форме оже-пиков и их энергетич. сдвигах. В О--с. атомы возбуждают электронным, фотонным (рентгеновским) и ионным пучками, соответственно различают электронную (ЭОС), рентгеновскую (РОС) и ионную (ИОС) О--с. Регистрация оже-спектров производится с помощью оже-спектрометров, близких по конструкции в случае ЭОС, РОС и ИОС (рис. 1). Исследуемый образец помещают в вакуумную (до 10^-11 мм рт. ст.) камеру и облучают пучками первичных частиц, источниками к-рых служат электронная пушка, рентг. трубка и ионная пушка; они должны обеспечивать потоки частиц, интенсивность к-рых достаточна для эмиссии оже-электронов в кол-ве, надёжно регистрируемом измерит. аппаратурой. Электронные и ионные пучки легко фокусируются, их можно развернуть в растр по поверхности образца (сканирующие оже-спектрометры), что позволяет изучать распределение на поверхности образца атомов разл. хим. элементов с высоким пространственным разрешением (~30 нм). Рентг. зонд имеет мин. диам. ~ 150 мкм, сканирующая РОС пока не используется.

Рис. 1. Блок-схема оже-спектрометра: 1 - источник первичных частиц (электронов, фотонов, ионов); 2 - исследуемый образец; 3 - ионная пушка для послойного распыления образца; 4 - энергетический анализатор электронов; 5 - система регистрации и обработки данных. Пунктиром обведена вакуумируемая часть прибора.
Осн. узел оже-спектрометра - энергоанализатор оже-электронов. Чаще всего используют эл--статич. анализаторы с продольным или поперечным электрич. полями (рис. 2). В анализаторах первого типа направления электрич. поля и движения электронов совпадают. К этому типу анализаторов относится многосеточный анализатор с тормозящим полем (рис. 2, а); в нём макс. энергия электронов, попадающих на коллектор анализатора, определяется по задерживающему потенциалу на сетках 3.
В анализаторе второго типа (с дисперсией по энергии) электрон движется в поперечном электрич. поле по окружности, радиус к-рой зависит от его энергии (рис. 2, б, в, г, д). Выделив с помощью диафрагм траекторию определ. радиуса и регистрируя ток электронов, движущихся по этой траектории в зависимости от напряжённости электрич. поля (изменяя разность потенциалов между внеш. и внутр. электродами 3 анализатора), измеряют распределение электронов по энергиям. К анализаторам такого типа относятся, напр., 127-градусный цилиндрич. анализатор Юза - Рожанского (рис. 2, 6), плоское (рис. 2, в), цилиндрическое (рис. 2, г) и сферическое (рис. 2, д) зеркала. Они обеспечивают чувствительность на два порядка выше по сравнению с многосеточным анализатором с тормозящим полем, однако последний позволяет сочетать методы О--с. с дифракцией медленных электронов, что даёт возможность наряду с элементным составом приповерхностных слоев моно-кристаллпч. образцов получать сведения об их кристаллич. структуре. Обычно регистрируют не эпергетич. распределение числа N эмитированных электронов по энергиям, а производную ( - энергия электронов), что позволяет не только более чётко выделить линии в оже-спектрах (повысив чувствительность метода), но и более детально анализировать их структуру.

Рис. 2. Энергоанализаторы оже-электронов с продольным (а)и поперечным (б,в,г,д)электрическими полями: а - четырёхсеточный анализатор с тормозящим полем; б - 127-градусный анализатор Юза - Рожанского; в, г - плоские, цилиндрические зеркала; д - сферический дефлектор. 1 - источник первичных частиц; 2 - образец; з - электроды анализатора - сетки (а), цилиндрические (б, г), плоские (в), сферические (д)поверхности; 4 - коллектор электронов - сферический электрод (а) или электронный умножитель (б, в, г, д).

Рис. 3. Зависимость средней глубины d выхода оже-электронов от их энергии.

Методами ЭОС и РОС осуществляют анализ для всех элементов периодич. таблицы, за исключением Н и Не. Метод ИОС обладает селективностью: определ. ионы способны возбуждать эмиссию оже-электронов лишь в атомах определ. элементов, что обусловлено механизмом обменной генерации вакансий во внутр. электронных оболочках атомов ионным пучком. Поэтому применение метода ИОС целесообразно, когда необходимо регистрировать наличие на поверхности того или иного элемента, а не проводить полный анализ элементного состава поверхности.
Возбуждённые в твёрдом теле оже-электроны должны "донести" до энергоанализатора ту энергию, с к-рой они вылетели из эмитирующих их атомов, поэтому необходимо, чтобы, вылетев из атома, они не испытали неупругих взаимодействий. Это возможно лишь в том случае, когда глубина, на к-рой расположен эмитирующий оже-электрон атом, не превосходит ср. длины свободного пробега d для неупругого рассеяния; величина d и определяет толщину приповерхностного слоя, анализируемого методами О--с. (рис. 3), она составляет несколько моноатомных слоев. Поэтому О--с. - эфф. метод анализа поверхности (рис. 4, 5). Для получения информации о более глубинных слоях используют послойное распыление исследуемого образца ионами инертных газов.

Рис. 4. Изображение границы излома сплавов Fe - С, полученное с помощью вторичной электронной эмиссии (а), и изображение этой же области, полученное с помощью оже-электронов и характеризующее распределение Fe (б), С (в) и Sb (г) по поверхности образца.

Вероятность оже-эффекта падает с ростом атомного номера элемента, поэтому эффективность анализа атомов лёгких элементов выше, чем тяжёлых. В табл. приведены характеристики разл. видов О--с.

Рис. 5. Оже-спектры, полученные с кратера и выступа [отмечены на рис. 4 (а) точками 1 и 2]на поверхности сплава Fe - С, характеризуют различие элементного состава образца в этих точках.

Характеристики различных видов оже-спектроскопии

	Виды оже-спектро-скопии	Ср. глу-бина анализи-руемого слоя, нм	Прост-ранст-венное разре-шение, нм	Анали-зируе-мый объём, мкм3	Чувствитель-ность			Погреш-ность опреде-ления состава, 0/0
					%	чис-ло ато-мов	мас-са, г
	ЭОС . .	1-3	50	10-5	10-2	103	10-19
	РОС . .	1-3	15 х 104	1	10-1	10-8	10-15
	ИОС . .	1-3	60	10-6	10-3	102	10-20

В. В. Кораблёв.

   <<      Предметный указатель      >>