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

Таблица 1 Основные методы спектроскопии, используемые

для диагностики состава поверхностных слоев

Образовавшаяся за счет неупругого столкновения вакансия на оболочке атома через короткое время ( ~ 10-16 с) заполняется электроном одного из вышележащих уровней. Избыток энергии может пойти на испускание рентгеновского кванта или передан третьему электрону, который может быть испущен атомом.

21

ответствующий метод называется Оже-спектроскопией с ионным или рентгеновским возбуждением. Эффект Оже был открыт в 1925 году Пьером Оже (P.Auger), работавшим с рентгеновскими лучами.

На рис.2.2 качественно представлен типичный спектр электронов, испускаемых твердым телом под действием пучка высокоэнергетичных первичных электронов с энергией EP. На нем обычно наблюдаются сильный пик упругорассеянных электронов с максимумом около EP и низкоэнергетическая полоса вторичных электронов. Оже-электроны дают небольшие пики на кривой энергетического распределения N(E) на сильном фоне вторичных электронов. Выделение спектра Оже-электронов на этом фоне представляет собой весьма трудную экспериментальную задачу. Метод, в котором возбуждаемые электронным пучком Оже-электроны используются для идентификации компонентов на поверхности, был предложен в 1953 году Лэндером, однако широкое применение Оже-спектроскопии для химического анализа началось после 1968 года, когда Харрис предложил дифференцировать кривые энергетического распределения N(E) для подавления фона вторичных и неупругорассеянных Оже-электронов. На рис.3.3 в качестве примера приведен Оже-спектр серебра в интегральной и дифференциальной форме.

23

N(E) Пик вторичных электронов

Рассеянные

электроны

Оже-электроны

Рис. 2.2. Типичный спектр вторичных, рассеянных и Оже-электронов

E, eV

а – интегральный N(E); б – дифференцированный dN/dE.

Рис. 2.3. Оже-спектр Ag

Рассмотрим подробнее связь энергетического положения Оже-линии в спектре с энергетическим спектром атомов вещества. Пусть первичная вакансия образовалась в К- оболочке атома, соответствующий уровень имеет энергию Ек (рис. 2.1), и она заполняется электроном из L-оболочки,

24

имеющим энергию ЕL1, а разность энергии ЕL1 – Ек передается электрону с уровня L2. Энергия Оже-электрона будет

где φА – работа выхода анализирующего электрода спектрометра. Рассмотренный Оже-переход идентифицируется как переход КL1L2. Возможен целый ряд подобных переходов (KL1L1, KL1L2, M2M4M4, …) с разными вероятностями. Характерной особенностью метода Оже-спектроскопии является то, что энергия Оже-электронов не зависит от энергии электронов возбуждающего пучка, а определяется исключительно разницей энергий электронных уровней атомов элемента и, в некоторой степени, его химическим окружением.

В отличие от ЭОС, в методе рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) спектральное положение характеристических пиков фотоэлектронов зависит от энергии возбуждающего рентгеновского кванта hи энергии уровня (например Ek), с которого выбит фотоэлектрон:

Поскольку для Оже-процесса нужны, по крайней мере, два энергетических уровня и три электрона, в отдельных атомах Н и Не Оже-электроны возникать не могут. Точно так же не могут быть источниками Оже-электронов изолированные атомы Li, имеющие на внешней оболочке один электрон. Все остальные элементы могут быть идентифицированы методом ЭОС. Наиболее вероятные Оже-переходы, наблюдаемые в электронной Оже-спектроскопии, представлены на рис. 2.4.

25