Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Величина ЛЕ пропорциональна константе спин-орбитальной связи, а се характсрпые значения составляют от дссятых долсй до десятка элсктронвольт. Для одной подоболочки ( и„( = сопв1 ) всличина ЛЕ увсличивастся с ростом атомного номсра элемента. Экспсрпмснтальныс значения эпсргии спин-орбитального расщсплсния для 2р уровня переходных мсталлов Зг(-ряда представлены в табл. 2.3. Для одной оболочки (и = сопв1) с величина ЬЕ уменьшается с увеличснием орбитального квантового числа, поэюму в подоболочках с большими значениями ( сььин-орбигальььое расщеплсние в спектре можст быть нсразреьпсно. Так„спин-орбитальнос расщсплснис уровня Акр составляст 9ьх5 эВ, а АИ4( — 3.8 эВ.
Интснсивности отдсльных пиков в дублете пропорциональны степени вырождения состояния 2(+ 1, а их отношение дается вы- 7О ьх бО $5 и ве, эв Рпс. 2Л4. РФЭ спскзры спин-орбитальных лублсзов остовшлх уровисй Со2р и Соэр мс~алличсскога кобальта. Вслсдс)вис малосзи знсркии расшсплсния уровня Соэр по сравпсшпо с шириной линии в спскгрс ланный дуолст нс разрсшастся Таблица 2.4. Тсорчичсскнс зна клшя огношсния иигспсивносзсй 1 линий сшшорбюального раснгсплсння фотозлск~ронного уровня лчя разных иолоболочск Таким ооразом, фотоэлсктроппыи пи«с оолынси эпс1)гиси ~~язи имеет мсньшую интснсивносгь. В качестве примера, на рис.2.14 привсдсн РФЭ спсктр разрсшснного дублета 2рпз-2рзз и нсразрсшснного дублста Зрь -Зрак мстатшчсского кобальта с энсргисй спин-орбитального расщсплсния ЛЕ,ьзл = 14.98 эВ и М;,ьзл = 1 эВ.
В табл. 2.4 прсдставлспы тсорь"гичсскис значсния отношений шггснснвностей пиков спин-орбитального расщеплсния для уровнсй с различными значсниями орбитального квантового числа. 3.6.1.3. Валенн~иые уроаии Валентными уровнями считают внсшнис, слабосвязанньш электронные уровни с энергией связи ВŠ— 0+10 эВ, участвующие в 70 образовании химической связи. В изолированных атомах газовой фазы валснтныс уровни являются дискретными атомарными электронными уровнями. В твердом теле валентпые уровни образуют непрерывный спектр заполненных уровней валснтной зоны (х а1епсе Ьапс1, ЧВ) и незаполненных уровней зоны проводимости (сопйкг1оп Ьапд„СВ), пересекающихся у металлов и разделенных запрещенной зоной шириной Е„у полупроводников и диэлектриков.
Схематическое представление плотности электронных состояний п(Е) ва- лснтных уровней в атоме, металле и диэлектрике показано на рис. 2.15. РИ Ю1г1 Пло~иггоста иктолиид Рис. 2.15. Схсмгггичсскос прсдсгависнис пиогпосги элскгрониых сосгогиииэ (дсиаиу отвгагсх. 1)ОБ): а — в л~п;гсктрикс, Б — в иоиуироволиикс, в — в гисгалас 115) В РФЭ спектр валентных уровней отражаются только заполненные электронные состояния с энергией ниже уровня Ферми Е,. в проводнике или ниже верхнего заполненного уровня в атоме.
Таким обра.юм, форма РФЭ спектра валснтной зоны пропорциональна нло пюсти заполненных состояний ЯЕ) 1,,(Е) — р(Е) . (2.53) Экспериментальный спектр валснтной зоны металлического золота Аи 5гг'"бх' представлен на рис.2.16. В металлах плотность электронных состояний на уровне Ферми образует «ступенькуи, размытис которой при комнатной температуре составляет ИТ = 0.026 эВ, что значительно мсньшс приборного ушнрсния «в сисктромстрах бсз монохроматора). Это даст возможность экспоримснтального опрсдслсния приборного уширсния путсм аппроксимации спсктра волизи уровня Ферми свсрткой ступенчатой функции, описываюгцсй плотносп. заполненных состояний, с функцией Гаусса.
описывающсй нриборпос уширснис. Показанный на рис.2.16, спсктр был получен на электронном спсктромстре ХБАМ-800 'Кга1оя" бсз монохроматора с использованисм источника рснтгсновского излучсния Мя;Ка. Приборнос уширснис составляст И'"л = 0.9+ 0.2 эВ. Рис. 2.!6. РФЭ сиск~р ааленгиой зоиы металлического золои и с~о аиироксимаиил аолизи уроиил Ферми саертиой стуиеи итеой фуиииии с фуикиией Гаусса. оииегиа1ио1ией ирибориое угиирсиие Однако использованис мстода РФЭС для исслсдования структуры плотности состояний затруднено вслсдствис: 1) малости ссчсния фотоионизации валентных уровней, что приводит к низкой интснсивности РФЭ спсктров валснтной зоны по сравпсншо с линиями остовных уровней. и 2) нсдостаточншо разрсшсния по энергии, опрсдслясмого источником рснтгсновского излучсния, что приводит к замазывапию структуры плотности состояний.
В силу этого обычно для получения спектров валснтной зоны используют ультрафиолстовос излучснис «энергия кванта источника Нс 1 Ь' = 20.1 эВ, Нс П вЂ” 40.1 эВ) или излучснис, получасмос на синхротронс, позволяющем непрерывна менять энсргшо квантов /и:. Малая энергия возбуждающего излучения обеспечивает лучшес разрешение.
позволяющее наблюдать особенности в плотности состояний. Однако платой за получаемое разрешение нвлнется сложность интерпретации УФЭС спектров, обусловленная тем, что в этом случае интенсивность сигнала пропорциональна свертке плотности заполненных и, (Е) и свободных и„„(Е) электронных состояний: 1„т (Е) - 1н,. (Š— Е'). „„(Е'МЕ'.
(2.54) Это связано с тем, чта при малой энергии возбуждающего излучения кинетическая энергия фотаэлектронов валснтных уровней оказывается также мала (так, длн источника Нс 1 и металлического образца величина КЕ = Ь1 — ВЕ,, — у- -20 — 5 — 5 =1ОэВ). В этом случае при совпадении кинетической энергии фотоэлсктрона с энергией свободного састояция в зоне проводимости возможен его переход из валентной зоны в это связанное состонние, что приведет к уменьшению интенсивности сигнала фотоэлектранов на этой энергии.
2.б.1.4. Серии оже-иеретдов, возбуждисмых реюипгеиооским излучением Как уже упоминалась, фотоианизацин остовных оболочек приводит к процессам ожс-рекомбинации, сопровождающимся эмиссией оже-элсктронов. По этой причине в РФЭ спектрах большинства элементов помимо фотоэлектронных пиков наблюдаются пики ожеэлсктронав. Па этой причине наряду с методам РФЭС иногда говоря г а методе оэк е-элсиирооной слекшраскашш, возбуж дае иой решпгеповскн.н из.твенов~ (Х-гау 1пдисес! Аия,ег-е!се!гоп арсс1гоасору, ХАГБ). Используются стандартные источники рентгеновского излучения МуКа и Л!Ка с энергиями квантов ! 253.6 эВ и !486.6 эВ. соотвстсгвсшю, позвалнют возбуждать слсдукнцие серии ожепсреходов, наблюдаемые в РФЭ спектрах: !) серия КЫ оже-переходов (шесть переходов КЕ~Ен К!.1,!.з, а~Аз, КЕ Е;, КЬ Е;, КЕ;1.и из которых наибольшей интенсивностью обладает липин перехода КЕ Ез), наблюдаемая в спектрах элемен- 73 тОВ От В дО Иа Прп ИСПОЛЬЗОВаПИИ ИСтОЧНИКа М гКП И От Б дО МВ при использовании источника А[Ка; 460 470 460 490 БОО В«О 520 530 650 «ОО ГОО ЗОО ВОО 900 КЕ, эВ КЕ, эВ Рис.
2.)7. Ожс-здскгрониыс снсктры ссрий ожс-исрсходов КП. кис»««»р«»дя [г«) н /.1ГМ никс»»я [6), возбуждвсмых в РФЭС »ООО КОО «~» ЭОО ООО Энергия связи, эВ Рис. 2ЛЗ. Срввнсиис обзорных !'ФЭ снскгров С ь«. нолучснных с»юнользовэнисм А!Ки (всрхннй сисьгр) и МЬКа (нижни)! сггск»р) нсэочннков рс«н» вновско«о излучсння.
В»г»кю»с знсргии связи иоложсннс фотозлсктронных линий нс мснястся, в ожс-зэскзроннь»с линии сдвигаются ца 233 зВ нри изыснсш«»«исгочникэ излучсння [)7! 2) серия ЕММ оже-переходов 1наибольшая интенсивность у линии перехода Ь.М,.;М4з), наблюдаемая в спектрах элементов от Б до Ос ~источник МдКа) и от Б до Бс (источник А1Ка); 3) серия МММ ожс-переходов (линия перехода М45%~~Ж„;), наблюдаемая в спектрах элементов от Мо до Хс1 1псточник МдКа) и от $ до Яе 1источпик Л1Ка). В качестве примера на рис.2.17 приведены оже-электронные спектры серии ожс-переходов КП. кислорода и АММ никеля, возбуждаемые рсн ггеновским излучением источника МуКа.
К настоящему времени в специальных атласах собраны фотоэлектрошп гс и оже-электронныс спектры большпнства химических элементов и их основных соединений, поэтому идентификация оже-электронных линий в РФЭ спектрах обычно не составляет труда. Однако даже если оы положения линий ожс-электронов в РФЭ спектре бьщи неизвестны, их весьма просто отличить от фотоэлектронных линий. Для этого необходимо прописать один и тот же обзорный спектр исследуемого образца с использованием двух различных источников рентгеновского излучения. Эта процедура не требует особых усилий, поскольку большинство стандартных электронных спектрометров оснаьцсно как минимум двумя рснзтеновскими источниками (например, алюминиевым и магниевым).
Далее необходимо сравнить положение линий в двух спектрах: сели положение линии в шкале кинетической энергии не изменяется при смене рентгеновского источника, то эта линия является линией ожс-электронов. В противном случае это фотоэлектроншяй пик. В то же время, в шкале энергии связи смена источника рентгеновского излучения приводит к сдвигу линий ожс-электронов, в то время как фотоэлсь-тронные пики остаются па месте. В качестве иллюстрации на рпс.2.18 приведены обзорные РФЭ спектры меди, полученные с использованием Л1Ка и МцКа источников рентгеновского излучения. Описанный метод определения ожс-лнний основывается на независимости кинетической энергии оже-электронов от энергии возбуждающего излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
