Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 10
Текст из файла (страница 10)
<< %,.: з Е(М. — дЖ,.) = Е~В,.) — дЖ,. +, (дЖ,.) + ... (2.36) Поскольку частная производная полной энергии по числу заполнения уровня у представляют собой орбитальную энергию б',. электрона на данном уровне г";Е/дМ,, = с,, то при Ю", = 1 из (2.35) и (2.36) следует: С'Е . ВЕ,,=-ь,+ '+... ~гЗ7) эд~ Сравнивая выражсния (2.37) и 12.34) видно, что второе слагаемос в выражении 12.37), имсюшее смысл энергии рслаксации, можно интсрпрстировать как измсненис энсргии электрона на уровне ~ вследствис умспьшсния на сдишсцу общею числа элсктронов в систсмс 1т.е. ионизации).
Отметим, что вклад энсргии рслаксации в измсрясмую РФЭС энергию связи электрона в атоме обусловлен особенностью мстодики РФЭС, а именно — нсобходимостью вырывания электрона из атома для измсрсния сго энергии связи. В исходном жс, связанном состоянии электрона в атоме его энергия связи нс включает величину энсргип рслаксации. Однако такая спсцифика мстода РФЭС имсст и свои прсимугцсства, поскольку позволяет исслсдовать процессы элсктронной экранировки в твсрдом теле. Например, известно, что элсктропная структура нанокластсров металла эволюционируст с умсньшсиисм числа азомов в кластсрс. псрсходя в прсдслс от непрерывной зоны металла к дискретным уровням изолированного атома.
Очсвидпо, что измснснис элсктрошюй структуры влияет на процсссы электронной релаксации. Дсйствитсльно, экспсримснтально было обнаружсно, что энсргия рслаксации в кластсрс мсталла у'мсньщас".гся при умснынснии ого разысра, что от1зажаст факт ослабления межатомной релаксации и электронной экранировки вплоть до псрсхола в нсмсталличсскос состоянис. Помимо рслаксационных эффектов на всличииу энсргии связи такжс влияют коррсляционные и рслятивистские эффскты, нс учитываемыс в методс Хартри-Фока.
С учстом поправок на эти эффскты выражение для энергии связи электрона на уровне / в атоме можст быть прсдставлсно в видс: ВЕ,. = — с,".к — Л,. + ЛЕ""'+ ЬЕ™, (2.38) гдс ЬЕ"'"' и ЛЕ'"' — разница элсктрон-элсктронных коррсляционных и рслятивистских энергий для начального и консчного состояний систсмы. Для прсдставлсния характерного порядка всличин в выражении (2.38) привсдсм их значения, рассчитанныс для уровня О1в молскулы воды: — е" =559.5эВ, й =20.4эВ, ЛЕ'"" =0.5 эВ и ЬЕ™ =0.4эВ 1141. Таким образом, коррсляционныс и рслятивистскис поправки сосзавляют -0.1".4 от значения ВЕ Согласно 53 оценкам, основную часть зцсрг|пз релаксации составляет энергия внутриатомной релаксации„а энергия мсжатомцой релаксации Л ие превышает единицы элсктроивольт. 2.6. Структура РФЭ спектров Для знакомства со структурой РФЭ спектров рассмотрим обзорцый спектр металлического образца И1, представленный на рис.2.11.
Представленный спектр получен при использовании МдКа линии реитгеповского излучения с энергией Ь~ = 1253.6эв в режиме работы эпергоанализатора с постояппым коэффицпептом пропусканпя (РАТ). 40000 $ ОООЗО о 20000 000 %0 700 ЯВ 000 400 ООЗ 2ОО ЮО 0 ВЕ, 08 Рнс. 2.П. Обзорный РФ:З спектр ннксяк Анализатор электронов регистрирует их кинетическую эисрппо, изменяющуюся с точпостью до работы выхода образца в пределах КЕ =0 —:Ь), однако обычно РФЭ спектр записывают в шкале энергии связи ВЕ = М вЂ” КŠ— вэ, При этом ось энергии связи при- пято направлять справа цалсва, так что сс псрсссчспис с осью ординат приходится па максимальное значсппе ВЕ = Ьи — д. Рассмотри м хараннтерные неибенноент нбзнрногн гнектнрн.
1. Снектнрильный фои, определяюпгийся вторичпыми электронами и исупругими потерями эпергии первичных фото- и ожсэлсктроцов при движении в твердом тслс. Электролы, достипппс анализатора без потери кинетической энергии, дают интенсивные спсктральныс пики, 1юложспис которых ВЕ1 отвсчаст энсргии связи возбуждасмых элсктронных орбиталсй.
Элсктрш1ы, потсрявшис часть сВОсй кинстис1сской энергии Вс31сдствис нсуируго1 О расссяния, да1От Вклад В спектральный фОн со сто~оны мсньших значсиий кинстичсской эисргии КЕ = (Ь" — ВЕ,. — р) — Л (т.с. больших значсний энсргии связи ВЕ = ВЕ1+Л). Вслсдствис этого фон стуисичато возрастаст послс каждого интенсивного пика. Общая зависимость спсгсгрального фона от энергии иа всем диаиазоис значений КЕ такжс опредслястся рсжимом раооты анализатора элсктро- нов АГАТ или ЕКй).
В прсдставлснпом на рис.2.11 сисктрс фои монотонно уменьшается с ростом КЕ, что характерно для рсжима ЕАТ для которого интснсивность 1 — Т вЂ” 1 / КЕ. 2. Сиеюнр«.'и~ныелнннн по свосй природс раздсляют на: а) линии остовных уровней с ВŠ— 20 —: Ь1: эВ; б) линии валснтных уровней с ВŠ— 0+ 10 эВ; в) линии ожс-элсктронов, возбуждасмых рснтгсновским излучс- НИСМ. Данные типы линий определяют нер«нчную с1нрукш1ру 1".ФЭ сисктров.
Помимо этого, особенности и сателлиты линий псрвичной структуры спскгров дают так называемую «нюрнчн1чн егнрун1нуру спсктров„к которой относятся: - спин-Орбитальпос расщсплсиис уровней; - мультиплстпос расщсилснис уровисй; — сатсллиты плазмоиных потсрь; - сатсллиты встряски 1ВЬа1сс-ир) и стряхивания 1ь)1а11с-ой). Далсс подробно рассмотрим кажду1О из особсииостсй спсктраль- ных линий. 2.6.1. Первичная структура РФЭ спектров 2.6.1.1.
Оетоеиые уровни Последовательность линий остовных уровнсй нспосрсдствснно отражаст элсктроиную структуру атома, представляя всс возбуж- 60 дасмыс электронные орбитали с энергиями связи ВЕ < 1ги — гр (см. рнс.2.! 2). Рис. 2.12.
Обзорный РФ3 спектр свинна и схема н1ектронных ороитадсй РЬ, индюс|рирукииан вклад каждой орбитттти в фототнсктроннмй спектр П7) Помимо линий остовных и валентных уровней, в обзорном РФЗ спектре могут присутствовать также серии возбуждаемых рентгеновским излу ~енисм ожс-переходов, Все линии остовных уровней имеют различную интенсивность и энергию связи. Кроме того, вес уровни, кроме д-орбиталсй, вследствие спин-орбитального распюплсния являются дублетами.
При анализе частичных спектров, т.с. полученных с высоким разрешением спектров отдельных уровней, определяют их интенсивность, полную ширину на полувысоте, а также форму линии, которая в ряде случаев может быть асимметричной. Для правильного определения указанных параметров спектральной линии необходимо провести операцию вычитания фона неупругорассеянпых электронов.
В первом приближении в диапазоне энергий +5 зВ относительно максимума линии спектральный фон можно считать линейно меняющимся с энергией 1 „„- ВЕ. Для более точного описания спсьгральпого фопа на практике используют несколько моделей с нелинейной зависимостью интенсивности спектрального фона от кинетической энергии электронов ~!5~. После проведения процедуры вычета фона определяют интенсивность линии 1„и сс ширину па полувысоте И' = И' + И' ~где И" = ВЕ'~1о12) — ВЕ(1о) и И' = ВЕ(1о) — ВЕ Ч,'1о12) — полуширина линии слева и справа от сс максимума соответственно), 61 называемую еще полной шириной на половине высоты (ЕЮ!-!М, 1иП тспп и( /ш Ц лш.тяпни). Как нам уже известно, ннтеиснвпосовь спектрильптю линии А> определяется, главным образом, сечением фогоионизации, длшюй свободного пробега, концентрацией атомов и аппаратным фактором.
Измерив интенсивности основных линий различных элементов в многокомпонентном образце, можно определить их относительную атомную концснтрапикх Шприпи сиекн~рнльпой линии И' определяется тремя факторами: естественной шириной электронного уровня )', шириной линии рентгеновского излучения И~„, и приборным уширением И~„. В общем случае форма спектральной линии 1(Е) также определяется тремя указанными характеристиками и является свсрткой функций, описывающих естественную форму линии, форму линии рентгеновского излучения и приборное ушпрение.
В определенном приближении можно считать, что естественная форма линии описывается функцией Лоренца, а приборное уширсние — функцией Гаусса. Таким образом, полную ширину линии можно представить в виде (2.39) Величина И'„,, является постоянной для всех линий спектра и определяется источником рентгеновского излучения (энергией Ь' и наличием или отсутствием монохроматора). Ширина линии рентгеновского излучения тем больше, чем болыпе энергия Ь' (например, для магниевого источника МуКа с Ь' = 1253.6 эВ величина И~„,, = 0.68 эВ, а для алюминиевого источника А! Ка с Ь~ = 1486.6 эВ - И'„, = 0.83 эВ). В силу этого для аналнза структуры внешних оболочек и валс~ггной зоны обы пю используют мягкое рентгеновское или ультрафиолетовое излучение в диапазоне энергий Аи = 20 —: 100 эВ, обеспечивающее наилучшее разрешение по энергии, Приборное уширепис И~,„определяется режимом работы анализатора.
В режиме ГАТ (с постоянным коэффициентом пропускания) величина И',.„= сопя! для всех линий в спектре, а в режиме ГКК (с постоянным коэффициентом замедления) приборное уширсние за- 62 висит от энергии электронов И~,.„— Е и таким образхом может быть различным для линий с сил! Но отличагощимися энергиями связи. Как уже было отмечено, общее приборное уширенпе„включающее ширину линии рентгеновского источника и приборное уширенис, определяемое анализатором элскгронов, дает гауссово распределение интенсивности .(„(Е) - ехр— (Š— Е„) (2.40) мя 2гт' где Еа — положение максимума спек"гральной линии, а И'„;, + И',;; 41п4 Собственная ширина линии (естественное уширсние) у' определяется аремспсм жизни г ионизованного состояния (дырки), образовавшегося после фотоэмиссии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
