11

Электронная Оже-спектроскопия(ЭОС).

Раздел электронной спектроскопии, методы которого основаны на измерении энергии и интенсивности токов оже-электронов, эмиттиров
анных из атомов, молекул и твердых тел при оже-эффекте.

анных из атомов, молекул и твердых тел при оже-эффекте.

      Оже-эффект - процесс, включающий в себя заполнение электроном вакансии, образованной на одном из внутренних уровней атома, с передачей безизлучательным путем выделенной при этом энергии электрону другого(вышележащего) уровня и переводом его в возбужденное состояние.
    Если переданная энергия достаточна, то возбужденный электрон покидает атом(оже-электрон). В результате в атоме вместо одной(первичной) вакансии возникают две новые(вторичные) на более высоких уровнях энергии. Первичная вакансия может быть образована направленными при облучении электронами, ионами, фотонами соответствующих энергий.(Характерное время процесса - с).
     Процесс носит имя Пьера Оже, который в 1925г. наблюдал с помощью камеры Вильсона явление эмиссии электронов из Аr под действием Х-rays и обнаружил новый тип дезактивации с испусканием характеристического электрона.
     В 1967г. Харрис опубликовал два отчета фирмы "Дженерал-электрик", которым предшествовала идея Ландера(1953г.) о том, что оже-электроны, испущенные твердым телом, могут быть использованы для анализа поверхности. Основная идея метода заключается в облучении поверхности образца электронами с Е=1-10кэВ, что приводит к эмиссии электронов с внутренних оболочек уровня Ех атомов образца приблизительно до глубины 1 мкм. Затем вакансия в оболочке заполняется вследствие внутренних процессов, протекающих в атоме, при которых электроны с уровня Еy занимает эту вакансию, разность энергий поглощается третьим электроном, находящимся на уровне Еz. Этот третий электрон(оже-электрон), затем эмиттируется за пределы атома с энергией Еа, которая может быть приближенно записана как
Еа=Еz+Еy-Ех. (Как видно, Еа не зависит от величины энергии возбуждающегоэлектрона, главное, чтобы Евозб>=іЕх).
    Таким образом, электроны в каждом атоме характеризуются определенным значением энергии, и если измерения производятся в диапазоне от 0 до 2кэВ, то энергия пиков оже-электронов позволяет идентифицировать все присутствующие электролиты, за исключением водорода и гелия(неупругое рассеяние в данном диапазоне энергий).
    ЭОС - поверхностно-чувствительный метод.
Харрис убедился, что непосредственно полученный
энергетический спектр, имеющий малые пики и большой уровень фона, значительно лучше поддается анализу после дифференцирования. В соответствии с этим, он разработал метод модуляции потенциала анализатора, который и применяется с тех пор для получения дифференцированных(альных) спектров. Харрис продемонстрировал также высокую чувствительность метода, исследовав поверхность загрязнения при отношении сигнал/шум более 200.
    В 1967г. Харрис обсудил свои исследования с Периа, который сразу понял, что стандартную исследовательскую установку для ДМЭ можно видоизменить путем добавления нескольких электронных блоков для работы по методу ЭОС.
    Требуется вакуумная система, электронная пушка, анализатор энергий электронов.
Блок-схема простейшего Оже-спектрометра
с анализатором энергий методом тормозящего поля.

Изменяя напряжение на сетке, получают кривую задержки тока.
Дифференцируя ее методом модуляции задерживающего потенциала, получают распределение электронов по энергия N(E).
Дифференцируя еще раз получают
dN(E)/dE
dI/dE=N(E),

КРИВЫЕ распределения электронов по энергиям
{рисунок}

Метод модуляции задерживающего потенциала заключается в том, что на задерживающий потенциал накладывается небольшое sin - направление с частотой w. При этом в цепи коллектора анализатора течет ток, содержащий компоненты с частотами w, 2w, 3w... Амплитуда компоненты с частотой w ~ N(E),
с частотой 2w ~ dN(E)/dE и т.д. Подавая на опорный канал CD опорное напряжение нужной частоты, например 2w получаем dN/dE.
В настоящее время анализаторы электронов с одной сеткой не находят применения из-за низкого разрешения по энергиям.

Анализ электронов по энергиям.       В современных ЭОС почти исключительно используется анализатор типа цилиндрического зеркала(АЦ3), обеспечивающий наибольшееотношение сигнал/шум. Анализаторы электронов по скоростям характеризуются двумя параметрами: пропусканием Т и светосилой L, причем
L = двойному интегралу от ( T(x,y)dxdy ).
Величина Т есть вероятность того, что электрон с соответствующей энергией, испущенный в точке (x,y) образца, пройдет через анализатор. Выходной сигнал I в таком случае будет равен I = двойному интегралу от ( j(x,y)T(x,y)dxdy ), где j(x,y) - функция пространственного распределения оже-электронов, эмиттируемых с поверхности.
     Если мишень возбуждается равномерно по области, где значительна величина Т, то I=jL, где j - плотность оже-тока.
В этом случае в качестве характеристики анализатора более предпочтительна светосила. Но максимальный уровень сигнала(max) можно получить в приборе с наибольшим возможным пропусканием(при малом диаметре возбуждающего пучка ~100мкм), тогда I=TJ.
В анализатор вставлена электронная пушка. Пучок фокусируется в точку на поверхности(далее как в ЭСХА).
{СХЕМА}
     Сканирующая Оже-микроскопия - предназначена для двумерного элементного анализа поверхности.
Первая попытка - Макдональд совместил АЦ3 с промышленным растровым электронным микроскопом.
Можно сделать и трехмерный анализ.
     Чувствительность ЭОС зависит от элемента, который нужно обнаружить. На практике характеристические пики можно обнаружить, если относительная поверхностная концентрация атомов составляет 0,1-1%.