Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Таким образом, в каждой части псриодичсской таблицы существуюз свои наиболсс замстные ожс-ссрии. Напрнмср, для Зг(- металлов наблюдастся ЕММ триплст с наиболсс интенсивными линиямн оже-переходов Е,М„,.М~,„Е. М„,М,- и У,,М„М, С рос- том порядкового номера в этих металлах интенсивность линии ЬзМ~,М„. увслнчивасгся вслсдствис увеличения степени заполнсния валснтной Ы-зоны электронами. Воспользуемся выражснием (3.11) для оценки тока ожсэлектронов.
возбуждаемых элсктронным пучком с интенсивностью 1„= 10 мкА в одном монослос атомов (и = 10' ат./см ). Положим Ь = 0.3, с =0.5 и ВЕ,. =500 эВ. Тогда для этих значений сечсшгс ионизации по порядку величины составляет: 1.3 . 1 0 " - 0.3 0.5 О— 500" Ток эмиссии ожс-электронов, согласно (3.9) при Т =.0 = 1 составляст: 1 = 1 глг — 1О ' А. Для получсния этого выражсния мы воспользовались малостью анализируемой толщины образца (однн монослой) по сравнению с длиной свободного пробсга. Таким образом, эффсктивность выхода ожс-электронов составляег; Т '1,, -10 ' А/10 ' А = О 01;4, т с. Вссьма низка.
Помимо ионизацип элсктронных оболочск псрвичными электронами, возможно дополнительное увеличение сечения ионизации за счет вторичных и обратно рассеянных элсктронов. На рнс.3.9 схсматично представлены различные области распространспия элсктронов в образце при его облучении псрвичным пучком. 143 Рис.3.9 С'хома распросз раисина заскгрьпгов в приповсрхиоспиой области образца при исслсловаипи мстодоги 'ЭОь.: l — ьткс-злсктроиы, которыс могут быть змитироваиы из образца; 2 — злсктроиы высоких аисргии'; 3 — иоиизоваипь1с атогиы: 4 -- обра1порасссхииыс порви лиыс олсктрош1 «1 5) Область 4 соотвстстВуст проникновсникз В образец псрВИ~1ных электронов высокой энергии с возможным каналированием и составляет -1+2 мкаь Далее следует ооласть ио1гнзовгнп1ых атомов 3 и область обратнорассеянных электронов 2 с энергией Е . Наименьшей глубиной — Л-10 А характеризуется область выхода оже-электронов «анализируемая толц1ина образца«.
Пусть ДЕ)— энергетический спектр обратнорасссянных электронов. Тогда об11гсе сечение ионизации электронной ооолочкп можно записа~~ В виде «151: Е а,«К„«=~1«К «+ ~Д«К««Г«~Е- «К «ф «~1,ВГ «~. «3.~2« Б этом выражении первый член представляет собственно сечение ионизации у-й оболочки псрвичгн1ми электронами с энергией Е„, а второй — добавку за счет ионизации обратнорассеянными электронами со спектром энергий от Ел до 8Е,. Отатстим также, что дополнительный вклад в интенсивность ожс-элсл-тронной линии могут давать ожс-переходы КостсраКронига, а эффект днфракции элск-тронов приводит к угловым зависимостям интенсивности оже-сигнала.
144 3.8. Количественный анализ оже-электронных спектров Количественный анализ методом ОЭС основан на зависимости интенсивности оже-электронных линий ог концентрации элсме~гга в поверхностном слое образца ~ем. выражение (3.9)) и во многом аналогичен количественному анализу в методе РФЭС. Для определения относительной атомной концентрации элементов в многокомпонснтном образце используют интенсивности ожеэлектронных линий и извесгныс из справочной литературы значения факлюров чгвсииии~ельнолии, учитывающих различие сечений ионизацин для разных электро«ных оболочек и его зависимость от энерпш первичных электронов. В общем случае отношение концентраций двух элементов в анализируемом слое образца можно представить В виде — ' = — Г(сг„,а „Е„) „ и,, 1, па где т' — функция сечений ионизации и энергии первичных электронов 1в простейшем случае представляющая собой отношение факторов чувствительности для элсме~ггов А и 8).
3.9. Сравнение характеристик ОЗС и РФЗС Во многих чертах методы ре~птеновской фотоэлектронной и ожс-элсктронной спектроскопии являются близкими. однако существует несколько различий, позволяющих огдавать предпочтение таму или другому методу в зависимости от поставленной задачи. Сравнение основных характеристик двух методик исследования поверхности приведено в табл. 3.2.
Относительная чувствительносгь, опредсляемая отношением интенсивностей спектральных линий, для обоих методов составляет доли монослоя, однако существуют принципиальные ограничения по регистрации ряда элементов. Абсолютная чувсгвителыюсть, опредсляемая инзснсивностыо спектральных линий, больше у метода ОЭС, поскольку при равных сечениях ионизации гораздо проще увеличить интенсивность первичных электронов, нежели рентгеновского излучения. Лучшее 145 Таблггг!и 3.2. Сравнение харакгерисгпк гяетолоп РФЭС и ОЭС !17! Ха акте нстика РФЭС ОЭС <! М1., ис чувсгвует Н, Нс и атома иый 1 ~ Относительная <1 М1., чувствительность ие чувствует Н и Не Глубина аиализи- 3-10 им слюго слоя Стандартный РФЭС вЂ” 1 < 12 им мм; гнгаиоЭСХА»; - 100 им Пространственное разрешение Количественный анализ тонкой ст кт ы сискт ов Качественный аиа- + ' Ч.
ЕкеЬег, Ы. Иеьег, КЬ Мегйе1, В.Кгбпйег. 1Э. Рпппегпвпп„К. КеЬп1!г!Ь Р. Ее!пеп, Г. Роггаег, $. 1!й1пег, Р. Вегпйагг1, СЬ. Ъег1геп, 1!.Л. Е1аега, С. Бейопйепае д Л. Е1ееггоп. Врееиояе. Ие!пь РЬепозп. 144 — 147 12005) Р.1179. пространственное разрешение также достигается в методе ОЭС, что обусловлено простотой фокусировки злсктрошюго пучка по сравнению с рентгеновским излучением. Пространствсннос разрешение метода ОЭС (-1О нм) значительно превосходит разрешение стандартных РФЭ-спектрометров (-1 мм)„и на порядок превышает наилучшее достигнутое на сегодняшний день пространственное разрешение РФЭС г'-100 им, «наноЭСХЛ» . Количественный анализ з 'Ф ) тонкой структуры спектров, дающий информацию об электронных свойствах образца (таких как плотность состояний на уровне Ферми), в ОЭС гораздо более сложен, нежели в РФЭС.
в силу участия в оже-переходе трех электронных уровней. Качественный анализ, в том числе информация о химическом состоянии элемента в образце, для РФЭС и ОЭС примерно одинаков. Таким образом, исходя из приведенных характеристик, можно заключить, что использование метода ОЭС оправдано для проведения быстрого экспресс-анализа элементного и химического состава образца, а также получения карты распределения элементов по поверхности образца. В то же время метод РФЭС более подходит для проведения исследования тонких электронных эффектов, таких как плазмонныс и одиоэлсктронныс возбуждения.
3.10. Аппаратура для ОЭС Аппаратура для ОЭС во многом сходна с аппаратурой для РФЭС, подробно рассматривавшейся в прсдыдущсй главс. В случас спсктромстров. прсдназначснных только для исслсдовапий мстодом ОЭС, обычно используют энсргоанализаторы типа цилиндричсского зсркала по причннс их большсй чувствительности по сравнсни~о с анализаторами типа сфсричсского кондснсатора. В том случае, когда спектрометр представляет собой комбайн, оснащенный рядом аналитических методик, таких как РФЭС, ОЭС, СРв1И, для всех методик нспользустся один энсргоанализгггор ~как правило, типа сфсричсского конденсатора).
3.11. Использование метода ОЭС в исследовании наноструктур и поверхности твердого тела В силу высокой повсрхноспюй чувствительности метод ОЭС наравнс с мстодом РФЭС широко использустся при исслсдованип свойств наноструктур и повсрхности твсрдого тела. Одним из ирсимущсств ОЭС является возможность его использования в режиме микроскопии, что позволяет получать информацию о локальном элементном и химичсском составе образца и сго элскгронной структуре. Вмсстс с методикой РФЭС оже-спсктроскопия даст возможность исслсдовать размсрныс элск-гронныс эффскты в панообьсь-гах (эффекты начального и конечного состояний).
Одним из красивых примсров использования ожс-спсктроскопии являстся методика наблюдения перехода нанокластсров металла в нсмсталличсскос состояние при уменьшении их размера, основанная на использовании элсктронных ожс-псрсходов КостсраКронига ~КК), чувствительных к зонной структуре исследуемого матсриала '"'. Так„для ЗЫ-мсталлов процсссом КК являстся ожсзлсктронный псрсход 1Л.з)'. Рсзультатом такого пропссса, в частности„ является эффективный переход остовной дырки с уровня 2р~а на уровспь 2рз, .
В силу тгого процссс КК влияет на соотношснис интспсивностсй спсктралы[ых линий ожс злсктронов„эмн киро вавших в результате ожс-псреходов Ез Л' и Лз И'. 147 оз— 900 910 аза ззв 94а О 2О 4О вв ВО ЮО КЕ, зВ И,А Рвзс.3.10. Эксисригаснтальныс оххс-сисшры линий Сн 1зИ' и й,и(х нвнокластсров Сн, сформированных иа повсрхностн ВО!В'(0001). для разливных зиа илии) сусл- него разгасра кластсров 16 Л (1). 30 Л (2). 38 Л (3).
60 Л (4), 80 Л (5) н 100 Л (6) (а): зависнмосзь опшшсиия 1штснсивиосгсй ХзЪ оьхс-злскгронных линий С н Х.зП' и Ьз И' кластсров Си от срсднсго разнсра кластсров <а> зн(ьт) наличие процесса КК приводит к увеличению интенсивности линии 1.зИ' относительно линни ЕзИ' по сравнению со случаем, кгзгда процесс КК отсутствусг. Условие перехода КК определяется соотногнецисм энергии спин-орбитального расщепления ЛЕ н энергии связи остовного электрона ВЕ,.: ЛЕ~ВЕт. Оказывается, что для некоторых элементов Зг7-ряда это условие выполняется для металлического состояния (ВЕх отсчитывается относитслгню уровня Ферми) и не выполняется лля атомарного (здесь роль ВЕт играет потенциал ионизации 1Р).
Так„для меди величина ЬЕ=19.8 эВ, ВЕт=10.2 эВ, 1Р'=20 эВ. При этом отношение интенсивностей линий ожеэлектронов К3.зр'1"УКЯЛ~ИЪ=1)~Ь составляет 7.85 для металла (КК сеть) и 2.17 для атомарной мсдп (КК нет). " ВД. Борман, С.Ч. Лай. М.А. 11ушкии. В.Н. Тронин. !3.И. Троян И Писыиа ЖЭТФ 76 (2002) с.520 Данный эффскт был исполыюван для наблюдения псрсхода мсталл-немсталл кластеров Сц/ВОПГ. Экспсримснтальная зависимость 1зЪ от срсднсго размера кластсров 0 привсдсна на рис. 3.10. Видно„что с уменьшением с1 от 1О нм до 1.8 нм происходит монотоннос умсньшснис величины Уз/1. От УзТ=З до 2. Всличина КО=2.17, отвсчакнцая отсутствию процссса КК, достигастся при размсрс кластсров Сц ~1;=2 нм, что можно интсрпрстировать как псрсход кластсров в нсмсталличсскос состояние при с~=~1,, Полученные данные согласуются с выводами, сделанными на основе других мсгодов наблюдения псрсхода мсталл-нсмсталл в нанокластсрах а"- мсталлов 1в частности, данных СТС и РФЭС).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
