Часть 5 (1125043), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Так как интенсивность характеристических линий всегданаложена на интенсивность непрерывного спектра, представляющего собой посуществу постоянный уровень фона, всегда затрудняющего точное определениеположения линий характеристического спектра, отношение интенсивностихарактеристической линии к интенсивности непрерывного спектра описываетотношение пик/фон, т.е. характеризует точность измерения. Поэтомупредставляет интерес определить вид этой функцииejjE ⋅ E z − EiïèêI= C ≈ôîíITZ ⋅ Ez − EПолагая, что Ei ≈ E , получимeEi E z − Eiïèê≈Zôîíej1 .7.(5.21)0 .7 (5.22)Анализ процессов генерации рентгеновского излучения показывает, чтообласть генерации имеет значительно большие размеры, чем для отраженныхили рассеянных электронов.
Из формулы Канайе-Окаяма следует, что длинапробега электронов в веществе мишени определяется энергией электроновзонда. Совершенно ясно, что глубина генерации рентгеновского излученияменьше длины пробега электронов, так как для возбужденияхарактеристического излучения необходимо, чтобы энергия электронов былабольше энергии возбуждения соответствующей линии, т.е. E0>Ei.При взаимодействии рентгеновского излучения с веществом могутнаблюдаться фотоэффект, связанное с ним поглощение рентгеновского кванта икогерентное и некогерентное рассеяние. Фотоэффект заключается в том, чтоатом, поглотивший рентгеновский квант, эмитирует электрон (фотоэлектрон) содной из своих внутренних оболочек, после чего он может вернуться в исходноесостояние либо путём испускания нового рентгеновского кванта (рентгеновскаяфлуоресценция), либо выбросить второй электрон (оже-электрон) прибезизлучательном переходе.Прохождение рентгеновского излучения через слой вещества толщиной zсопровождается ослаблением его интенсивности (за счет фотоэффекта) поэкспоненциальному закону158I = I0 e − μz(5.23)На практике чаще используют массовые коэффициенты поглощения, μ/ρ .Массовые коэффициенты различных веществ плавно уменьшаются с ростомэнергии рентгеновского излучения.
Однако когда энергия кванта становитсядостаточной для вырывания связанного электрона с какого-либо уровня дляданного элемента, коэффициент поглощения резко возрастает. Этот скачоккоэффициента поглощения получил название края поглощения. Далее с ростомэнергии кванта коэффициент поглощения продолжает плавно убывать с ростомэнергии кванта, пока не сравняется со следующим электронным уровнем.Оже-электроны.
Этот эффект был открыт П.Оже в 1925 году. Сутьявления состоит в том, что атом, возбужденный в результате ионизациивнутренних электронных оболочек электронами зонда, может возвратиться восновное состояние путем безизлучательного перехода. Энергия возбужденияEK-EL1 передается другому электрону, например, занимающему соседнийуровень L2. Этот электрон выходит за пределы мишени и регистрируется, какОже электрон.
Энергия такого электрона будет равнаE K − E L1 − E L 2 − ϕ A(5.24)ϕ A - здесь работа выхода. Поскольку в оже-электронной эмиссии частоучаствуют валентные электроны и существенную роль играет энергия связивнутренних уровней, энергия оже-электронов будет определяться химическимокружением. Под влиянием энергии связи электронные уровни могутсдвигаться на несколько эв. Поэтому оже-спектры будут содержатьинформацию о химическом окружении атома, испустившего оже-электрон.Другая особенность использования оже-электронов связана с очень малымиэнергиями оже-электронов.
Так для электронов с энергией от 50эв ÷2кэвсредняя длина пробега составляет около 0.1÷2.0нм. Таким образом, областьвзаимодействия для оже-электронов будет ограничена толщиной подповерхностью мишени в несколько межатомных расстояний и площадью наповерхности, задаваемую диаметром зонда. Таким образом, основная областьприменения оже-электронов - это исследования состояния атомов наповерхности мишени.Катодолюминесценция - это люминесценция, возникающая привозбуждении кристаллической решетки мишени под действием электроновзонда. Ускоренные электроны, попадая в кристаллическую решеткудиэлектрика или полупроводника, вызывают ионизацию атомов, возникаютвторичные электроны, которые в свою очередь могут производить ионизацию,пока окончательно не растратят всю энергию или не покинут мишень.Образовавшиеся дырки, перемещаясь по решетке, захватываются центрамилюминесценции, где через какое-то время происходит рекомбинацияэлектронов и дырок, приводящая к образованию фотонов, спектр которыханалогичен спектру фотолюминесценции для данной решетке.
Спектркатодолюминесценции располагается обычно в ультрафиолетовой или видимойчасти спектра и характеризует тип центра рекомбинации. Изучение спектровкатодолюминесценции позволяет исследовать распределение и тип центроврекомбинации в кристаллической решетке.Наведенный ток - это увеличение электропроводности диэлектриков иполупроводников, возникающее при бомбардировке поверхности мишениэлектронами зонда, в результате чего в кристаллической решетке за счет159неупругих процессов потерь энергии электронами зонда генерируютсяэлектронно-дырочные пары. Если в кристаллической решетке присутствуюткакие-либо электрически активные дефекты, они будут служить центрамирекомбинации, при этом будет изменяться ток, снимаемый с мишени.
Картиныраспределения наведенного тока по поверхности образца будут содержатьинформацию о распределении электрически активных дефектов в образце.5.3.3. ОБЛАСТЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОНОВ ЗОНДА СВЕЩЕСТВОМЭлектроны зонда, проникая в материал мишени, многократновзаимодействуют с электронами атомов, решётки, с электрическими полямиядер, теряя энергию вплоть до захвата электрона зонда каким-либо центромрешетки.
Так как траектории движения каждого электрона имеют весьмасложную форму, в образце мишени образуется область, в которой электронызонда растрачивают всю свою энергию. Эта область получила в литературеназвание области взаимодействия [18-20].Согласно формуле Резерфорда сечение упругого рассеяния обратнопропорционально энергии частиц. Поэтому при первых актах взаимодействия,когда энергия частиц ещё велика, вероятность рассеяния на большие углы мала.На этом этапе наиболее вероятным процессом взаимодействия являетсянеупругое рассеяние на малые углы. С продвижением электронов в глубьмишени они теряют часть энергии, возрастает вероятность упругихвзаимодействий, т.е возрастает угол рассеяния, а это в свою очередь ведет кувеличению поперечных размеров области взаимодействия с ростом глубины.Таким образом из общих соображений следует, что область взаимодействиядолжна иметь форму груши, висящей от поверхности внутрь мишени. Нарис.5.8 показан вид области взаимодействия и её ориентация под поверхностьюмишени.Рис.5.8.Общийвидвзаимодействия электроновмишенью.областизонда сОбласть взаимодействия можно наблюдать экспериментально, используянекоторые органические материалы, например, полиметилметакрилат, в160которых под действием электронов происходят химические реакции,приводящие к частичному или полному распаду молекул [18].
Можноподобрать специальные растворители, которые будут удалять разложившиесямолекулы, в результате в материале образуется полость, соответствующаяобласти взаимодействия электронов с веществом мишени. На рис.5.9 показанаобласть взаимодействия, полученная таким способом. Как и следует изсоображений, приведенных выше, глубина области взаимодействия примерносоответствует полной длине пробега электрона в веществе мишени и составляетсогласно формулы Канайя-Окаяма несколько микрон. Из рис.5.9 видно, чтоглубина области взаимодействия несколько больше её ширины.Рис.5.9.
Область взаимодействия электронного пучка смишенью из полиметилметакрилата, полученная послерастворения продуктов распада [18].Траекториидвиженияэлектронов,а,следовательно, и параметры области взаимодействия могут быть получены израсчетов по методу Монте-Карло. Суть таких расчетов состоит в следующем[19,20]. Электрон зонда с энергией E z попадает на поверхность мишени внекоторую точку r0 . В результате упругого или неупругого взаимодействияэлектрон отклонится от первоначального направления движения на угол ϕ0 и,двигаясь в материале мишени с новым значением энергии E0, пройдетрасстояние δ r0 до следующего акта взаимодействия в точке r1.
В этой точкепроизойдет новое взаимодействие, в результате чего параметры очередногоотрезка траектории будут ( ϕ1 , E1 , δ r1 ) . Каждая следующая точкавзаимодействия на траектории будет характеризоваться параметрами( ϕi , Ei , δ ri ) . Расчет траектории и потерь энергии производится до тех пор, покаэнергия электрона не уменьшится до некоторого порогового значения (≈500эв),при котором происходит захват электрона зонда мишенью.Рис.5.10.Характертраекторийэлектронов, полученных в результатерасчета по методу Монте-Карло, иформированиеобластивзаимодействия [20].161Значения ( ϕ i , Ei , δ ri ) получают из соответствующих распределений по законуслучайных чисел.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
