Диссертация (1105295), страница 4
Текст из файла (страница 4)
1.8б). Все они представляют из себя распределение с максимумом, причём, чем больше порядковый номер материала мишени Z, тем положение максимума ближе к энергии первичного пучка, и тембольше доля электронов, испытавших малые потери энергии.а)б)Рис. 1.8 Энергетические спектры ОЭ для различных материалов мишени: а) полныеспектры для Al, Cu, Ag, Pt (E0=20-40 кэВ, α=0°) [39], б) спектры при θ=25° для мишенейот Ti до Pt (E0=20 кэВ, α=0°) [49].Вблизи энергии, равной энергии падающего пучка E0, на спектрах может наблюдаться упругий пик. Он очень чувствителен к поверхностным загрязнениям, так как упругое отражение электронов происходит в тонкомприповерхностном слое. Поэтому регистрировать его желательно в условияхвысокого вакуума, с хорошим разрешением [48] и, по возможности, с предварительной очисткой образцов, так как велико влияние контаминации [44,46, 48].
Наблюдать упругий пик проще при низких энергиях первичного пучка E0, так как при уменьшении энергии увеличиваются относительное энергетическое разрешение и интенсивность пика. В отдельных случаях необходим учёт аппаратной функции спектрометра [напр., 50].Редкие работы посвящены спектрам ОЭ при низких E0 [41, 6]. В [41]представлены полные спектры в области от 0.2 до 4 кэВ. В [6] представлены22спектры для α = θ = 45° в области от 0.5 до 10 кэВ, за тем лишь недостатком,что спектры не нормированы на величину интегрального коэффициента η.
В[48] есть спектры для θ = 45° E0 = 4 кэВ, которые были получены в хорошемвакууме спектрометром с хорошим разрешением и последующим учётом аппаратной функции. Все остальные работы представляют спектры сE0 ≥ 10 кэВ, форма которых практически идентична.Зависимость спектров от угла выхода θ при нормальном падении былаизучена в [40, 13, 9] и более подробно в [46, 47]. Экспериментально [46, 47] итеоретически ([49] – методом Монте-Карло, [51] – решением транспортногоуравнения) показано, что по мере увеличения θ максимум энергетическогораспределения уменьшается по амплитуде и смещается в сторону большихэнергий.Рис.
1.9 Спектры ОЭ в зависимости от угла выхода θ для золота и кремния при E0 =30 кэВ [46].Как было показано в работах [39, 13, 43], по мере увеличения угла падения α максимумы спектров ОЭ смещаются в сторону энергий близких к E0и распределения становятся более узкими, что связано с ростом доли упругоотражённых электронов при наклонном падении. Максимумы увеличиваютсяпо амплитуде в соответствии с ростом интегральных коэффициентов ηα. Данные зависимости отображены на рис. 1.10.Комбинированная зависимость от α и θ изучена в [13, 43, 45].
Такжекак и в случае интегральных коэффициентов, амплитуда спектров максимальна в направлении угла отражения. Другой формой представления распределения электронов по энергии в зависимости углов падения и выходаможет быть трёхмерная реконструкция углового распределения dη/dΩ в определённых интервалах энергии E-∆E ≤ E ≤ E+∆E.
Но она присутствуеттолько в единичной статье [52], и результаты не представлены в форме попе23речных срезов поверхности для сопоставления с результатами других работ.Основной результат этой статьи состоит в том, что распределение ОЭ в случае наклонного падения отклоняется от шарообразного косинусоидального истановится более вытянутым вблизи энергии первичного пучка.Рис. 1.10 Зависимость спектров ОЭ для алюминия и золота от угла падения α длядвух энергий первичного пучка E0 [13].1.2.2 Угловые зависимости спектров вторичных электроновФорма распределения ВЭ по энергии практически не зависит от E0 дляE0 > 100 эВ [53].
Энергией первичного пучка определяется только площадьпод спектрами, численно равная коэффициенту ВЭ δ. Форму распределенияможно описать двумя параметрами: наивероятнейшей энергией(положение максимума) и шириной на полувысоте ∆. На рис. 1.11 схематически изображены спектры ВЭ для диэлектриков и металлов [54]. Типичные значениянаивероятнейшей энергии и ширины на полувысоте для металлов лежат вдиапазоне 1 эВ ≤≤ 5 эВ, 3 эВ ≤ ∆ ≤ 15 эВ [55].
Максимум распределениядля диэлектриков смещён в область более низких энергий относительно металлов, а само распределение более узкое [56].24Рис. 1.11 Типичные спектры ВЭ, нормированные на единицу в максимуме, для а)диэлектриков, б) металлов [54].В работе [53] выведено аналитическое выражение для спектров ВЭ отметаллов:где – работа выхода,- нормировочная константа. Спектры могутбыть нормированы не только на величину интегрального коэффициента δ, нои так, чтобы в максимуме дифференциальный коэффициент был равен единице.При попытке проинтегрировать уравнение (1.24) по энергии от 0 до 50эВ получается произведение нормировочной константына убывающуюфункцию работы выхода . Однако, если обратиться к табличным данным,можно заметить, что у некоторых элементов с большей работой выхода коэффициент вторичной эмиссии выше.
К примеру, у золота работа выходабольше, чем у алюминия, тем не менее, δ тоже больше (см. Табл. 1.2, δ и из[23]). Данное поведение интегрального коэффициента связано с тем, что константазависит от таких параметров мишени, как энергия Ферми EF и радиус элемента объёма в расчёте на один электрон, выраженный в радиусахпервой Боровской орбиты, rs (Табл. 1, EF из [57] и rs из[58]) [53].
Отсюда сле25дует, что нельзя на базе уравнения (1.24) построить зависимость коэффициента ВЭ δ от одной только работы выхода . И в самом деле, вторичнаяэмиссия зависит от трёх механизмов: генерации ВЭ, рассеяния и диффузииВЭ и проникновения через поверхностный барьер. Лишь только третий этапопределятся работой выхода .ЭлементAlAu, эВ4.285.1δ при E0=20 кэВ0.190.37δ при E0=2 кэВ0.840.94EF, эВ2.124.72rS2.13.2Табл.
1.2 Данные из таблиц для алюминия и золота [23, 57, 58].Элементарным дифференцированием формулы (1.24), можно получитьтеоретическое значение наивероятнейшей энергии для металлов:Для спектров ВЭ от диэлектриков можно пользоваться следующим выражением [57], изначально предложенным для вторичной эмиссии при облучении мягким рентгеновским излучением [59]:где χ – электронное сродство,- нормировочная константа.Для наиболее вероятной энергии и ширины на полувысоте можно получить:χДля полупроводников применимы следующие соотношения [57, 59]:где- нормировочная константа, χ – электронное сродство, EG - ширина запрещённой зоны.26Выход вторичной эмиссии электронов очень сильно зависит от состояния поверхности, так как ВЭ выходят из тонкого приповерхностного слоя (510 нм) [2]. Углеводородная контаминация, оксидные плёнки и молекулы воды покрывают поверхность образцов в камерах большинства СЭМ по причине плохого вакуума и остаточных паров углеводородных масел.
Поэтомувозникает интерес к вопросу, насколько сильно отличаются спектры ВЭ, полученные в условиях СЭМ, от измеренных в условиях высокого вакуума и спредварительной очисткой поверхности ионным распылением. Такие исследования были проделаны в работе [60]. Спектры демонстрируют приблизительно такую же форму, за тем лишь исключением, что максимумы смещеныв область чуть более высоких энергий, а сами распределения шире. Чисткаповерхности образцов от контаминационных слоёв увеличивает полный выход ВЭ δ.По мере увеличения угла падения α увеличивается коэффициент ВЭ δ,а вместе с ним и амплитуда, и ширина спектров (рис.
1.12) [61-62]. Если опираться на данные из работы [61], то нет никаких оснований, чтобы полагать,что максимумы распределений смещаются с изменением α. Однако в [62] показано: чем меньше порядковый номер материала мишени Z, тем большесмещение пиков вправо по энергетической оси при наклонном падении. Такдля свинца сдвига максимума не было обнаружено. Для алюминия смещениебыло незначительным: от 2.6 до 3 эВ при изменении угла падения α от 0° до87°.
Но для бериллия положение максимума энергетического распределениясущественно перемещалось в сторону больших энергий. Так при α = 0°1.8 эВ, при α = 70°3 эВ, а при α = 87°3.4 эВ.Зависимость спектров ВЭ от угла выхода θ была изучена в работе [63].Практически для всех поверхностей интенсивность спектров изменяласьприближённо по закону косинуса с некоторыми отклонениями при большихуглах (рис.
1.13). Для некоторых поверхностей (с более высоким вакуумнымуровнем) был необходим учёт поля между образцом и анализатором, искажающим изотропное распределение ВЭ. Предполагая, что поле направленоперпендикулярно поверхности образца, дополнительный поверхностный потенциал V изменяет закондля электронов с кинетической энергией Eна27В этой же статье приведены спектры для α = 30°, θ = 0° при смещении в-20 В, приложенном к образцу.Рис. 1.12 Спектры ВЭ при различных углах падения пучка α электронов с энергиейE0 = 200 эВ на мишень из меди (угол детектирования θ = 55°) [61].Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
