Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

где k1 - оптическое увеличение по оси абсцисс; k2 — оптическое увеличение по оси ординат;

dydx — угол наклона дилатометрической кривой к оси абс-

цисс; эт — коэффициент линейного расширения эталона; кв

— коэффициент линейного расширения кварца. Существуют и другие конструкции дилатометров.

11. СПЕКТРАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА

Разнообразные методы спектроскопии чрезвычайно распространены в экспериментальной физике и играют важную роль в материаловедении. В широком смысле под спектрами понимают совокупность дискретных значений физической величины или непрерывные функции, которые характеризуют какую либо систему или процесс. Исследуемой величиной могут быть: частота колебаний, энергия, длина волны, импульс, масса, время пролета частицами заданного расстояния.

Процессы в исследуемых материалах чаще всего характеризуют в терминах частот, длин волн и соответствующих квантов электромагнитных колебаний. В зависимости от используемого диапазона частот это могут быть радио-, оптические (в видимой, инфракрасной (ИК) и ультрафиолетовой (УФ) частях спектра) или рентгеновские методы и средства.

В табл.11.1 приведены некоторые основные методы спектроскопии, используемые для анализа поверхностных слоев твердых тел, классифицированные согласно типу частиц, используемых для возбуждения спектра и частиц - носителей информации о составе вещества. Методы электронной спектроскопии основаны на измерении энергетического спектра

486

электронов, испускаемых с поверхности твердого тела под действием тех или иных возбуждающих факторов.

Различают спектры испускания, поглощения и рассеяния. Они могут быть дискретными или непрерывными, т.е. состоять из отдельных линий или сплошных полос. Первые характерны для отдельных атомов, малоатомных молекул, кластеров, квантовых точек и т.п., вторые - для жидкостей, твердых тел при повышенных температурах. Рассмотрим некоторые из используемых методов спектральных исследований.

11.1.Оже-электронная спектроскопия

11.1.1.Физические основы Оже-спектроскопии

Это раздел электронной спектроскопии, основанный на измерении энергии и интенсивности эмиссии Ожеэлектронов, которая возникает в результате безызлучательного перехода электронов с верхних электронных уровней на короткоживущие вакантные нижние (см. рис. 11.1, где показаны и другие электронные переходы, соответствующие некоторым физическим эффектам и области их применения).

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.11.2) 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

487

электроны называют вторичными, их количество в спектре быстро падает с ростом энергии.

Таблица 11.1 Основные методы спектроскопии, используемые для

диагностики состава поверхностных слоев

488

Рассеянные

электроны L2,3

L1

h (I)

K

Рис. 11.2. Схема процесса возбуждения электронов, приводящего к образованию характеристического рентгеновского излучения (I) или Оже-электронов (II)

Процесс заполнения вакансии за счет электронных переходов между внутренними оболочками атома с передачей избытка энергии третьему электрону называется эффектом Оже, а эти электроны – Оже-электронами. Таким образом, в основе метода ЭОС лежат такие процессы, как ионизация внутренних атомных уровней первичным электронным пучком, безызлучательный Оже-переход и выход Оже-электрона в вакуум, где он регистрируется при помощи электронного спектрометра.

Точно также, как и при возбуждении электронным пучком, Оже-электроны могут испускаться и в том случае, когда вакансия на внутренней электронной оболочке атома создается под действием ускоренных ионов или за счет поглощения рентгеновского кванта с испусканием фотоэлектрона. Соответствующий метод называется Оже-спектроскопией с ионным или рентгеновским возбуждением. Эффект Оже был открыт в 1925 году Пьером Оже , работавшим с рентгеновскими лучами.

490