К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 125
Текст из файла (страница 125)
Типичный диаметр пучка фотонов на поверхности исследуемого образца составляет 3 - 5 мм, т.е, локальность метода РЭС по поверхности невелика, если пучок не диафрагмировать. Мощность, рассеиваемая анодом при ускоряющем напряжении 15 кэВ, составляет .около 1 кВт, поэтому в таких источниках используют лзшкостное охлаждение. Регистрация распределения электронов по энергиям осуществляется с помощью энергоаналиюторов. Принцип их дейстюш основан на взаимодействии вторичных электронов с электростатическим или магнитным полем. В настоящее время наибольшее распространение в РЭС получили электростатические знерпанализаторы. Ооновным элементом электростатического энергоанализатора является конденсатор (плоский, сферический, цилиндрический) с определенным образом выбранной конфигура- Глава 3.4.
СВЕРХВЫСОКОВАКУУМИОЕ ОБОРУДОВАНИЕ Рве. Зл.б. Источввк вмпунвоге реатгчшшекегв вэлучеввш 1- анод двойной; (1а - аюомвнвй; 1б- магний); 2- хагод; 3- раздешпельный экран; 4- окно; 5 - монохроматишрующач бюлыв (алюминий); б - прижимное кольцо; 7- катоднае стойка; 8- полухоничесхий экран; 9- защитный экран; 10- юстировочнэя кернэическэя втулка; 11- корпус; !2- прясоедянптельный водоохлюгдаемнй флэнед (Ду-43); 13- катодный токопвод; 14 - фланец дифференциальной откачки (Ду-Ю); 15- анодный гермоваод; 1б — высоковольтный нмнытор; 17- трубопровод охискдениа; ГР - защитный кожух; 19- штуцер охлзлщениа жицкости; 20 - штуцер входа охлаждающей жидкости; 21 — люзцо; 22- анодный фланец Рве. 3.4.7. Схема ниэвплришнкош зеркэлынио зисргоааалвэангра: 1- элехтроннза пушка, дающая ток первичного пучка 1г, 2- вторично-электронный умнолштель (ВЭУ), Регистрируюнзнй жлю вторичного тока 1, щюходащего через анализатор; (7- потенциал аншиыгрующего поля цией электродов.
Анализирующее поле, которое создается прилаженной к электродам разностью потенциалов с7, пропускает сквозь конденсатор на коллектор злектроньь которые имеют энергии лз „в малом интервале АЕ . Измешш с1, можно зарегистрировать всю кривую распределения электронов по энергиям Ф = 3 Щ. Чувствительность таких энергоанализаторов пропорциональна кинетической энергии анализируемых электронов Екнн, относительное энергетическое разрешение (%) гг = (АЕ /Е )100. Важной характерисппсой энегроанализатора является светосила - доля входного телесного угла от 4 ср.
Светооила определяет силу тока, проходящего через энергоанализатор и, следовательно, определяет и отношение сигнал/шум выходного сигнала. Наибольшей светосилой обладает энерго- анализатор с отклоняющим полем типа цилиндрического зеркала (светосила около 10% при Я 0,3%). Он нашел наиболее широкое применение. Схема одного из вариантов цилиндрического зеркального энергоанализатора приведена на рис. 3.4.7. Энергоанализу подвергаются вторичные электроны, входящие в цилиндрический конденсатор под средним углом а = 42 '20 ' к оси симметрии.
Входные и выходные щели внутреннего цилиндра ограничивают траектории электронов в телесном угле 2Ла 10 '. Большое значение входноп) угла определяется тем, что в этом типе знергоанализатора ооущеспцшется угловая фокуоировка второго порядка. В РЭС применяются двухступенчатые цилищзричсские зеркальные энергоанализаторы (два анализатора последовательно) с предварительным замедлением электронов, что цозволяст получщь абсолютное разрешение 1 эВ.
Типовая компоновка РЭС приведена на рис. 3.4.3, лг. Получение информации о химической природе атомов возможно при регистрации не только возбужденных электронов с внутренних оболочек, но и результата релаксадионных щшцессов, протекающих в атомах после создания на внутренних оболочках вакансий (дырочных состояний). Методы электронной спектроскопии, в которых используется это явление, основаны на измерении опектров оже-электронов. Дырочные состояния в системе внутренних электронных оболочек неустойчивы н ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ И АНАЛИЗА ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА 405 заполняются электроном с более выаоких энергетических уровней. Вьщеляюшаяая энергия либо нспускается в виде кванта характеристического излучения, либо посредством безызлучательного охе-процесса передается другому электрону, который и эмппируатся.
Зтот электрон назьиается оже-электроном. При энергиях переходов примерно 2,5 кэВ преобладает оже-процесс (рис. 3.4.8, а). Знергия еже-электрона Е,щС прямо зависит от энергии связи электронов на трех энергетическая уровнях А, В и С, т.е. определяется химической природой атома, в котором создана вакансюг и ЕАРС = ЯЕлеЕдеЕС) =.ее(д. Зто позволяет по экспериментально найденным значениям энергии оже-электронов путем сравнения их а табличными данными определить природу атомов. Интенсивности пиков охе-электронов пропорциональны числу атомов, из которых змитгировались ожеэлектроны, что позволяет осуществить количественный химический анализ. Для создании вакансии во внутренних электронных оболочках используют электронные, фотонные и ионные зонды, т.е.
существует трн разновидности охе-апектроакопииэлектронная, рентгеновская и ионная. Наиболее широкое распространение получила электронная охе-спектроскопия (ЭОС). Зто связано прежде всего с тем, что первичный пучок электронов можно сделать достаточно малого диаметра, чем досппается высокая локальность в плоскости. На рис. 3.4.8, б приведен пример охеспектра при электронном возбуждении. Для формировании первичных пучков электронов используются электронные пушки с электростатической или магнитной 4юкуаировкой. Особо компактной является конструкция спектр о метра, в которой электронная пунша встроена во внутренний цилиндр цилиндрического зеркального анализатора Если первичный пучок разворачивать в растр по поверхности в пределах факельной области энергоаначизатора, 4 энергоаналнзатор настраивать на опрел елен йые спектральные пики, соответствующие определенным химическим элементам, то выходной сигнал знергоанализатора можно использовать для модуляции яркости лучка электронной пушки дисплея (развертка по строкам и кадрам пучка пушки дисплея синхронизируется а растром первичного лучка).
В этом случае на экране дисплея отобрахаатая картина распределения выбранного химического элемента по поверхности. Такой режим реализуется в растровых электронных охе-апектрометрах. Пространственное разрешение в этом случае практически полностью определяется диаметром первичного лучка. И,— яи ' яб ег грр абае дур бая б,аб б/ Рае. 3.4.8. Хараатераатаав ехе-авеатрэсюаиа: а - лааграеиа зиаргатвчеахвх уровней, юиюаервруюпгаз мехапюм зипасип ахе-злехтраиоа г - урааавь юкууиа; П - уровень аазбуадеввога азз-эзехтрава; б - ааа-спектр серебра, записанный в двух резинах регистрация - 11(Е) и бгг(Е))6Е Предел обнаружения примесей методами электронной иеектроакопии (РЭС и ЭОС) для рапшчных материалов составляет примерно 0,1 - 0,01 мопоатомного слоя (10'Р— 10ю см-3) при достаточно интенсивных пучках (сила тока около 1 мкА).
При малых диаметрах электронных пучков высокие силы тока в пучке недоаппкниы и поэтому предел обнаружения примесей у таких спектрометров более 0,1 моноатомного слоя. При энергии ионов первичного пучка Е1 а 5 кзВ нх взаимодействие с атомами поверхности носит преимущественно парный характер и такие соударения являются упругими, т.е. не происходит возбуждение электронных оболочек сталкявиощихся частиц. Энергия рассеянных первичных частиц Е2 = Е1 (1+ (М / ш)~ х , 2, (3.4.1) ° ( е/Еи! Е'-.ь'е! где М- масса атома на поверхности; ш - масса первичиопе иона; 0 - угол рассеяния.
Поэто- Глава 3.4. СВЕРХВЫСОКОВАКУУМНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ му, определяя энергии рассеянных частиц .Е2, покидающих облучаемую поверхиосп под иекоторым углом 0 к первичиому пучку, можно совершенно однозначно определить массу М атомов, от которых произошло рассеяние иа поверхности, и, следовательио, элементный состав поверхноспюго слоя. Поскольку упругое рассеяние происходит главным образом иа внешнем атомном слое твердого тела, локальность этого метода по глубине соответствует примерно моиоатомиому слою. Разрешение по поверхности определяется площадью поперечного сечения первичного пучка и утлом падения.
Предел обнарухеиия метода низких энергий (СОРИНЭ), который называют спектроскопией обратно-рассеянных ионов, составляет около 0,1 - 0,01 монооатомиого слоя. Для определения криствллогеометрии поверхности твердого тела используется метод дифракции медлениых электронов (ДМЭ). Условие дифракции, т.е. формирования дифракциоииых пучков иа двумерной решетке, соответствует формуле Брэпэ ддя нормального падения первичного пучка с длиной волны Л. Длина волны де Бройля электрола зависит от его энергии Е: Л = (150,4/ Е )10 гдеЛ-всм; Е,-вВ.
Таким образом, система пучков представляет собой отображение узлов двумерной кристаллической решепси. Локальность по поверхности метода ДМЭ определяется размером, иа котором формируется дифракциоииое иэображение. Этот размер определяется упговой расходимостью траекторий элехтороиав первичного пучка. Типичное значение угловой расходимости сосшвгиет около 10 з рад, что соответствует зоне когерентлости около 10 4 см. На рис. 3.4.3, е приведеиа компоновка широко применяемого иа практике дифракгометра медлеииых электронов, с помощью которого возможно визуальное наблюдение дифракционньи картин. Электронная пушка формирует пучок электронов диаметром окало 1 мм и силой тока примерно 1 мкА в диапазоне энергий примерно 10 - 500 эВ.
Этот пучок направлен перпендикулярно к исследуемой поверхности, которая располагается в центре сферически симметричио расположенных мелкоагруктурных сеток и экрана-коллектора, покрытого с внутренней стороны люминофором. Сетки вместе с коллектором представляют собой анализатор электронов по энергиям тормозящего типа.
Образец и первая сетка заземлены, так что в пространстве меиду ними нет электрического поля. Поэтому как упруго отраженные, так и иеупруго отрюкенные пер- вичные электроны движутся по траекториям с радиусами, близкими к радиусам сферически симметричной системы электродов. Ко второй и третьей сеткам, расположенным миялу первой сеткой и коллектором, прикладывается ноте ициал, несколько больший потенциала катода пушки.
Таким образом осущеспвгяется торможение неупруго отраженных электронов, в результате которого эти две сетки проходят лишь упруго отраженные электроны. К экраиу-коллектору прилохеио напряжение +5 кВ, прошедшие сетки электролы ускоряштся и высвечивают люминофорное покрытие в местах, соответствующих располохенив; дифрахционлых пучков. Ставшие в резулыате ускорения видимыми, дифракционные рефлексы в виде светящейся картины могут наблюдаться, фотометрироваться и фото графироватьсл либо со стороны образца сквозь сетки, либо с тыльной стороны экрана, если ои оптически прозрачен. Тормозящие анализаторы для ДМЭ описанной вьппе конструкции, смонтированные на флаице, выпускаются многими зарубехными фирмами (например, мод 981-0127, фирма Чапап, США).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
