Материал: Диагностика наноматериалов и наноструктур. Акулинин С.А., Проскурина И.С

ствие влияния матрицы образца. В связи с развитием методик фокусированного ионного пучка, все современные ВИМС позволяют получать карты распределения элементов и комплексов по поверхности с разрешением лучше 80 нм. На рис. 1.12 показана карта распределения комплекса AlLi+ (темные об-

ласти) по поверхности Al3Li сплава [(Williamsetal 1989)]. Раз-

решение статической ВИМС составляет около 150 нм.

Рис. 1.12. Карта распределения фазы AlLi по поверхности Al3Li сплава (a) и ПЭМ изображение поверхности структуры (б)

Современные нано-ВИМС позволяют проводить химический анализ с латеральным разрешением порядка 20 – 40 нм.

1.7. Ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия

Оптическая микроскопия ближнего поля (БСОМ) – один из методов сканирующей зондовой микроскопии, сходный по своим принципам и применению с атомно-силовой микроскопией, но обладающий аналитическими возможностями оптической микроскопии. Ближнепольный микроскоп может оснащаться дополнительными аналитическими мето-

16

диками такими, как спектроскопия комбинационного рассеяния света (Рамановская спектроскопия),спектроскопия фотолюминесценции, оптического отражения и пропусканияи т.п. Такой комплексно-оборудованный микроскоп превращается в мощный аналитический прибор, позволяющий проводить исследования состава с нанометровым разрешением.

Методом инфракрасной спектроскопии ближнего поля исследовались золотые нанокластеры осажденные на кремниевую подложку методом газофазной эпитаксии. На рис. 1.13 показана топография структуры с золотыми кластерами частично закрытыми полоской полистирола и изображение кластеров на длине волны 633 нм. Разрешение составляет около 50 нм.

Рис. 1.13. Топография структуры, полученная методом БСОМ (a), пространственное распределение коэффициента оптического отражения (b), профили изображений (c), (d)

Методом сканирующей ближнепольной рамановской спектроскопии исследовался состав стекольных керамик. На рис. 1.14 приведено изображение, полученное методом сканирующей рамановскойспектроскопии. Разрешение метода для этих структур составило около 50 нм.

17

Рис. 1.14. Пространственное распределение отношения амплитуд пиков TiO2 и PO4 в спектре комбинационного рассеяния света на поверхности образца Ca-Ti-P керамики

Таким образом, различные виды ближнепольной сканирующей оптической микроскопии позволяют, хотя и не напрямую, получать карты распределения элементов и химических соединений по поверхности исследуемых образцов и определять локальную концентрацию компонентов с пространственным разрешением 30 - 50 нм.

Обобщенная информация по методам, охарактеризованным выше, представлена на рис. 1.15.

18

Рис. 1.15. Краткая характеристика некоторых методов анализа и диагностики поверхности и тонких пленок

2. МЕТОД ЭЛЕКТРОННОЙ ОЖЕ-СПЕКТРОСКОПИИ

2.1. Физические основы метода Оже-электронной спектроскопии

Различные методы спектроскопии электромагнитных излучений и спектроскопии заряженных частиц могут использоваться для диагностики состава (анализа) поверхности и приповерхностных слоев твердых тел. В табл.1 приведены некоторые основные методы спектроскопии, используемые для анализа поверхностных слоев твердых тел, классифицирован-

19

ные согласно типу частиц, используемых для возбуждения спектра и частиц - носителей информации о составе вещества.

Методы электронной спектроскопии основаны на измерении энергетического спектра электронов, испускаемых с поверхности твердого тела под действием тех или иных возбуждающих факторов.

Оже-процесс можно разделить на две стадии. Первая – ионизация атома внешним излучением (рентгеновским, быстрыми электронами, ионами) с образованием вакансии на одной из внутренних оболочек. Такое состояние атома неустойчиво, и на второй стадии происходит заполнение вакансии электроном одной из вышележащих уровней энергии атома. Выделяющаяся при этом энергия может быть испущена в виде кванта характеристического рентгеновского излучения, но может быть передана третьему атомному электрону, который в результате вылетает из атома, т. е. наблюдается Ожеэф- фект.

В электронной Оже-спектроскопии (ЭОС) для возбуждения используется пучок электронов, называемых первичными электронами. Обычно применяются первичные электроны с энергией от 1 до 25 кэВ. Рассмотрим процессы, происходящие в твердом теле под действием первичных электронов. Во-первых, имеет место упругое рассеяние электронов на потенциале электронных оболочек атомов. Электроны, покинувшие образец после одного или нескольких актов упругого рассеяния, имеют ту же энергию, что и первичные электроны.

Часть энергии первичных электронов (рис.2.1) может быть передана в результате неупругого рассеяния электронам внутренних оболочек атомов, в результате чего последние, вместе с неупругорассеянными первичными электронами могут эмитироваться с поверхности твердого тела. Эти электроны называют вторичными, их количество в спектре быстро падает с ростом энергии.

20