Диссертация (1104845), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В работе [9] приводятся систематизированные результаты фиттингавеличин Qef f и βef f . Наиболее полную информация по корректирующим параметрам Qef f и βef fможно найти в данных NIST [34].Следует подчеркнуть, что корректирующие коэффициенты используются в задачах по определению относительных концентраций элементов в поверхностном слое исследуемого образца.Если надо учесть процессы упругого рассеяния в задаче определения толщин покрытий, то вводится еще одна величина: Effective Attenuation Length – (EAL). EAL имеет размерность длины, иее надо подставлять только в показатель экспоненты в формуле (1.9) вместо неупругого пробега linв покрывающем слое. Существует ряд формул для вычисления EAL [41]. Подробные данные повеличинам EAL, как функций энергии, геометрии эксперимента, толщины покрытия можно найтив данных NIST [34].Автором будет показано, что подходы, разработанные специалистами в дистанционном зондировании атмосферы Земли [42, 43, 38], могут быть эффективно применены для задач упругогоэлектронного рассеяния.
Для реализации расчетов необходимы дифференциальные и интегральные сечения упругого рассеяния электронов – величины, по которым имеются хорошо апробированные данные [44, 34], а также альбедо λ для однократного рассеяния. Для определения альбедонеобходимо помимо упругих сечений знать среднюю длину свободного пробега между неупругими соударениями (Inelastic Mean Free Path, IMFP) lin .σelσel + σin1=nσinλ =lin1.1.4Необходимость выхода за рамки анализа пиков РФЭСНачнем с представления классического умозрительного эксперимента Тугаарда [10]. Эторассуждение связано с тем, что в реальных ситуациях мы имеем дело с неоднородными образцами.
Необходимо увязать количество элемента в образце, находящемся в непосредственном контакте с другим материалом, с площадью под пиком эмитированных упруго рассеянных электронов.Рассмотрим несколько мишеней, представленных на рис. 1.4.Следуя представленным выше рассуждениям, интенсивность пика на рис. 1.4а определяетсявыражением :16Рисунок 1.4 — Пример четырех различных конфигураций распределений атомов Cu в и наповерхности золотой подложки, которые приводят к идентичной интенсивности пика XPS, норазличным формам фона.()z− 01Q11 (µ0 ,µ,φ) = F1 (µ0 ,µ,φ) µlin1 1 − e µlin1В случае рис. 1.4с:Q21((µ0 ,µ,φ) = F1 (µ0 ,µ,φ) µlin1 1 − ez− µl01)in1z− µl 2ein2В случае рис.
1.4d, который является частным случаем рис. 1.4с z01 → ∞ получаем:Q31 (µ0 ,µ,φ) = F1 (µ0 ,µ,φ) µlin1 ez− µl 2in2Во всех рассмотренных случаях мы будем наблюдать одинаковые интенсивности пиков:Q11 (µ0 ,µ,φ) = Q21 (µ0 ,µ,φ) = Q31 (µ0 ,µ,φ)Интенсивность рассмотренных пиков одинакова, но ситуации, в которых они сформировались, различны, можно предложить множество и других способов получить аналогичную картину.Различить представленные случаи можно, приняв в рассмотрение другие линии материала 1. Либо, как рекомендует Тугаард [10], заняться анализом спектра в широком интервале потерь энергии,выйдя за пределы линии, сформированной только упруго рассеянными фотоэлектронами.
Другими словами, пользуясь формулой (1.5), подставить туда (1.4), включающее большее число членовразложения, учтя тем самым процесс многократного неупругого рассеяния. Сегодня эта процедура затруднена отсутствием надежных данных по дифференциальным сечениям неупругого рассеяния - xin (E0 ,∆) [45]. Автор считает эту проблему центральной на пути создания количественнойЭС и, в частности, количественной РФЭС.171.2 Оже-спектроскопия Auge Electron Spectroscopy (AES)Различают три основных вида Оже-сигнала по характеру зондирования: рентгеновскому,электронному и ионному [2, 46, 47].1.2.1 Оже-спектроскопия при рентгеновском зондировании (РОЭС / PAES)Спектроскопия на основе Оже-эмиссии при рентгеновском зондировании является важнымдополнением рентгеновской фото-эмиссии, поскольку Оже-эмиссия наблюдается на том же обзорном энергетическом спектре. Рентгеновская Оже-спектроскопия (РОС) обладает теми же достоинствами и недостатками, что и РФЭС.
Описание РОС строится на тех же уравнениях, что и РФЭСс одним лишь различием: функции эмиссии фотоэлектронов (1.2) заменяются на более простуюфункцию эмиссии Оже-электронов:FA (E0 ,µ0 ,µ,φ) =σγ→Ae (E0 ),4π(1.11)где σγ→Ae – сечение эмиссии Оже-электронов при рентгеновском зондировании.Мы видим, что описание процессов фото-эмиссии и рентгеновской эмиссии при рентгеновском зондировании образцов различается лишь видом функций эмиссии, в Оже-эмиссии этафункция - (1.11) сферически симметрична в отличие от фото-эмиссии (1.2).1.2.2Оже-спектроскопия при электронном зондировании образцов (ЭОС)Основным преимуществом данного вида ЭС считается возможность наблюдения исследуемого образца с высоким пространственным разрешением.
В конце 80-х – начале 90-х годов были разработаны электронные пушки с размером зондирующего электронного пятна 3 − 10 нм.Дополняют современные Оже-установки энергоанализаторы с разрешением 0,03 эВ и выше, чтопозволяет видеть Оже-сигнал с высоким разрешением и создает предпосылки для проведения химического анализа и количественных расчетов. Сочетание простого качественного и недостаточноразработанного количественного анализа делают этот вид ЭС очень перспективным.В отличие от описания РФЭС сигнала, где распределение внутренних источников фотоэлектронов можно считать равномерным, определение распределения источников Оже-электроновпредставляет сложную задачу.
Решение этой проблемы требует знания о нисходящем и восходящем потоках зондирующих электронов в приповерхностном слое образца. Наличие эф-18фективной методики расшифровки Оже-спектров позволит резко повысить возможности Ожеспектроскопии.Наряду с зондированием поверхности мишени с высоким разрешением Оже-спектроскопиюиспользуют для компонентного анализа в процессе послойного распыления мишени [2].1.2.3 Оже-спектроскопия при ионном зондировании (IAES)Метод IAES обладает селективностью: определенные ионы способны возбуждать эмиссиюОже-электронов лишь в атомах отдельных элементов, что обусловлено механизмом обменной генерации ионным пучком вакансий во внутренних электронных оболочках атомов.
Поэтому применение метода IAES целесообразно, когда необходимо регистрировать наличие на поверхностиобразца того или иного элемента, а не проводить полный анализ элементного состава поверхности[46, 47].1.3Спектроскопия пиков упруго отраженных электронов (СПУЭ) - ElasticPeak Electron Spectroscopy (EPES)Описание этого метода анализа поверхности твердого тела еще не появилось в учебниках поэлектронной спектроскопии, несмотря на то, что спектроскопия пиков упруго отраженных электронов (СПУЭ) показала необоснованность утверждения о невозможности наблюдения изотоповводорода и гелия на основе ЭС.Основным свойством, по которому определяют состав твердого тела в СПУЭ, является атомный вес M компоненты мишени, на которой происходит рассеяние электронов, именно атомныйвес определяет положение в пиках упруго-рассеянных электронов в энергетическом спектре.
Потеря энергии электрона ∆E, определяющая положение пика при его однократном рассеянии наугол θ, следует из классических законов сохранения энергии и импульса:2mE0 (1 − cos θ) ,(1.12)Mгде m – масса электрона. Формула (1.12) справедлива, если m ≪ M , E0 – энергия зондирующегопучка.Методика СПУЭ строится на той же элементной экспериментальной базе, что и ЭОС приэлектронном зондировании. Интервал энергий, в котором записывается спектр рассеянных твердым телом электронов, находится в области самых малых (относительно энергии зондирующегопучка E0 ) потерь энергии и обычно составляет величину от сотых долей до единиц эВ, определяемую формулой (1.12).∆E ≃19Для успешного применения СПУЭ, необходимо как высокое энергетическое разрешениеэнергоанализатора, так и возможность работы при энергиях зондирующих мишень электронов вдесятки кэВ [4].
На рис. 1.5 представлен энергетический спектр СПУЭ электронов, отраженных отслоя нитрида кремния, нанесенного на монокристалл кремния и покрытого сверху монослойнойпленкой золота. Ширина пиков упруго отраженных электронов определяется, в основном, тремяслагаемыми:√2σ = σE2 + σB2 + σD(1.13)где σE – абсолютное энергетическое разрешение энергоанализатора, σB – энергетический разбросв зондирующем электронном пучке, σD – доплеровское уширение сигнала, определяемое скоростью теплового движения атомов мишени, на которых упруго рассеиваются электроны.Рисунок 1.5 — Пример энергетического спектра упруго отраженных электронов, снятого свысоким энергетическим разрешением.На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
