ОЖЕ-СПЕКТРОСКОПИЯ

ОЖЕ-СПЕКТРОСКОПИЯ

       

раздел электронной спектроскопии, методы к-рого основаны на измерении энергии и интенсивности токов оже-электронов, эмиттированных из атомов, молекул и тв. тел при оже-эффекте. Энергия оже-электронов определяется природой испускающих их атомов и их хим. окружением, что позволяет определять атомы в соединениях и получать информацию об их хим. состоянии. О.-с. применяют как для фундам. исследований, так и для элементного анализа. В зависимости от способа возбуждения атомов — электронным, фотонным, ионным пучками — различают электронную, фотоэлектронную и ионную О.-с. (соотв. ЭОС, ФОС и ИОС). Спектры оже-электронов получают и регистрируют с помощью оже-спектрометров. Наиболее распространены электронные оже-спектрометры на базе анализаторов энергии эл-нов типа цилиндрич. зеркала и четырёхсеточного анализатора с тормозящим полем (рис. 1). Электронный пучок от электронной пушки направляется на образец, находящийся в вакуумной камере (до 10-10 мм рт. ст.), В спектрометрах первого типа (их чувствительность на два порядка выше, чем спектрометров второго типа) потенциал внеш. цилиндрич. электрода анализатора 2 искривляет траектории оже-электронов в зависимости от их энергии. В результате каждому значению потенциала будет соответствовать определ. энергия оже-электронов, попавших в электронный умножитель 6. В спектрометрах второго типа энергия электронов, попадающих на коллектор анализатора 2, зависит от задерживающего потенциала на сетках. Обычно регистрируют не энергетич. распределение числа N эмиттированных эл-нов по энергиям ?, а производную dN(?)/d? (рис. 2), что повышает чувствительность метода.

Рис. 1. Схемы электронных оже-спектрометров с элсктростатич. анализатором типа цилиндрич. зеркала (а) и с четырёхсеточным анализатором с тормозящим полем (б): 1 — исследуемый образец; 2 — энергетич. анализатор эл-нов; 3 — электронная душка; 4 — электронная пушка, создающая наклонно падающий пучок; 5 — ионная пушка для послойного распыления образца; 6 — электронный умножитель.

Рис. 2. Спектр оже-электронов стали, содержащей Ni, Cr, С, Р, О.

О.-с. газов используется гл. обр. в фундам. исследованиях (для изучения механизма самого оже-эффекта, основных и возбуждённых состоянии дважды ионизованных атомов, разл. явлений, связанных с процессом нач. возбуждения атома). О.-с. может быть использована и для хим. анализа газов, но систематич. исследования аналитич. возможностей метода пока не проводились. Наибольшее применение О.-с. получила для элементного анализа приповерхностного слоя тв. тела толщиной в неск. ат. слоев. Для получения информации о более глубинных слоях используют послойное распыление исследуемого образца ионами инертных газов. На основе ЭОС и ФОС проводят хим. анализ всех элементов периодич. таблицы (кроме Не и Н). Методы ИОС не чувствительны к нек-рым элементам. Т. к. вероятность безызлучат. переходов падает с ростом ат. номера элемента, эффективность анализа атомов лёгких элементов выше, чем тяжёлых. Чувствительность методов О.-с. составляет =1012 ат/см3.

Важной хар-кой явл. форма оже-линий, а также изменения энергий оже-электронов (сдвиги оже-линий) в зависимости от хим. состояния атома или его хим. окружения. Это позволяет наряду с элементным анализом получать информацию о хим. состоянии атома.

Совр. оже-спектрометры в большинстве случаев могут работать в сканирующем режиме и давать информацию о распределении отд. элементов по поверхности образца. Спектрометры с четырёхсеточным анализатором позволяют сочетать методы О.-с. с дифракцией медленных эл-нов (см. ЭЛЕКТРОНОГРАФИЯ), что даёт возможность не только исследовать элементный состав приповерхностных слоев монокрист. образцов, но и получать сведения об их структуре и её изменениях.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ОЖЕ-СПЕКТРОСКОПИЯ

- область электроннойспектроскопии, в основе к-poй лежат измерение энергии и интенсивностейтоков оже-электронов, а также анализ формы лнний спектров оже-электронов, <эмитированных атомами, молекулами и твёрдыми телами в результате оже-эффекта. Энергияоже-электронов определяется природой испускающих их атомов и взаимодействиемэтих атомов с окружающими, что приводит к небольшим изменениям энергииоже-электронов. Поэтому по оже-спектрам можно определить элементный составприповерхностных слоев твёрдых тел, получать информацию о межатомныхвзаимодействиях, осуществлять хим. анализ газов. О.-с. газов используетсятакже для исследования механизма оже-эффекта, основных и возбуждённых состоянийдважды ионизов. атомов, разл. эффектов, связанных с процессом нач. возбужденияатома. Анализ элементного состава производится путём сопоставления оже-спектровс табличными данными. Расположение пика в энер-гетич. спектре оже-электроновнесёт информацию о хим. природе атомов, его амплитуда - об их концентрации. <Взаимодействия атома с его окружением проявляются в форме оже-пиков и ихэнергетич. сдвигах. В О.-с. атомы возбуждают электронным, фотонным (рентгеновским)и ионным пучками, соответственно различают электронную (ЭОС), рентгеновскую(РОС) и ионную (ИОС) О.-с. Регистрация оже-спектров производится с помощьюоже-спектрометров, близких по конструкции в случае ЭОС, РОС и ИОС (рис.1). Исследуемый образец помещают в вакуумную (до 10^-11 мм рт. <ст.) камеру и облучают пучками первичных частиц, источниками к-рых служатэлектронная пушка, рентг. трубка и ионная пушка; они должны обеспечиватьпотоки частиц, интенсивность к-рых достаточна для эмиссии оже-электроновв кол-ве, надёжно регистрируемом измерит. аппаратурой. Электронные и ионныепучки легко фокусируются, их можно развернуть в растр по поверхности образца(сканирующие оже-спектрометры), что позволяет изучать распределение наповерхности образца атомов разл. хим. элементов с высоким пространственнымразрешением (~30 нм). Рентг. зонд имеет мин. диам. ~ 150 мкм, сканирующаяРОС пока не используется.

Рис. 1. Блок-схема оже-спектрометра:1- источник первичных частиц (электронов, фотонов, ионов); . -исследуемый образец; 3 - ионная пушка для послойного распыленияобразца; 4 - энергетический анализатор электронов; 5 - система регистрациии обработки данных. Пунктиром обведена вакуумируемая часть прибора.
Осн. узел оже-спектрометра - энергоанализатороже-электронов. Чаще всего используют эл.-статич. анализаторы с продольнымили поперечным электрич. полями (рис. 2). В анализаторах первого типа направленияэлектрич. поля и движения электронов совпадают. К этому типу анализаторовотносится многосеточный анализатор с тормозящим полем (рис. 2, а); в нёммакс. энергия электронов, попадающих на коллектор анализатора, определяетсяпо задерживающему потенциалу на сетках 3.
В анализаторе второго типа (с дисперсиейпо энергии) электрон движется в поперечном электрич. поле по окружности, <радиус к-рой зависит от его энергии (рис. 2, б, в, г, д). Выделивс помощью диафрагм траекторию определ. радиуса и регистрируя ток электронов, <движущихся по этой траектории в зависимости от напряжённости электрич. <поля (изменяя разность потенциалов между внеш. и внутр. электродами . анализатора),измеряют распределение электронов по энергиям. К анализаторам такого типаотносятся, напр., 127-градусный цилиндрич. анализатор Юза - Рожанского(рис. 2, 6), плоское (рис. 2, в), цилиндрическое (рис. 2, г) и сферическое(рис. 2, д )зеркала. Они обеспечивают чувствительность надва порядка выше по сравнению с многосеточным анализатором с тормозящимполем, однако последний позволяет сочетать методы О.-с. с дифракциеймедленных электронов, что даёт возможность наряду с элементным составомприповерхностных слоев моно-кристаллпч. образцов получать сведения об ихкристаллич. структуре. Обычно регистрируют не эпергетич. распределениечисла N эмитированных электронов по энергиям ,а производную ( - энергияэлектронов), что позволяет не только более чётко выделить линии в оже-спектрах(повысив чувствительность метода), но и более детально анализировать ихструктуру.

Рис. 2. Энергоанализаторы оже-электроновс продольным ( а )и поперечным ( б, <в, <г, <д )электрическими полями:а - четырёхсеточный анализатор с тормозящим полем; б - 127-градусный анализаторЮза - Рожанского; в, г - плоские, цилиндрические зеркала; д - сферическийдефлектор. 1 - источник первичных частиц;2 - образец; з- электроды анализатора - сетки ( а), цилиндрические ( б, г),плоские ( в), сферические ( д )поверхности;4 - коллекторэлектронов - сферический электрод (а) или электронный умножитель( б, <в, г, д).

Рис. 3. Зависимость средней глубины . выходаоже-электронов от их энергии.

Методами ЭОС и РОС осуществляют анализдля всех элементов периодич. таблицы, за исключением Н и Не. Метод ИОСобладает селективностью: определ. ионы способны возбуждать эмиссию оже-электроновлишь в атомах определ. элементов, что обусловлено механизмом обменной генерациивакансий во внутр. электронных оболочках атомов ионным пучком. Поэтомуприменение метода ИОС целесообразно, когда необходимо регистрировать наличиена поверхности того или иного элемента, а не проводить полный анализ элементногосостава поверхности.
Возбуждённые в твёрдом теле оже-электроныдолжны "донести" до энергоанализатора ту энергию, с к-рой они вылетелииз эмитирующих их атомов, поэтому необходимо, чтобы, вылетев из атома, <они не испытали неупругих взаимодействий. Это возможно лишь в том случае, <когда глубина, на к-рой расположен эмитирующий оже-электрон атом, не превосходитср. длины свободного пробега d для неупругого рассеяния; величина . иопределяет толщину приповерхностного слоя, анализируемого методами О.-с.(рис. 3), она составляет несколько моноатомных слоев. Поэтому О.-с. - эфф. <метод анализа поверхности (рис. 4, 5). Для получения информации о болееглубинных слоях используют послойное распыление исследуемого образца ионамиинертных газов.

Рис. 4. Изображение границы излома сплавовFe - С, полученное с помощью вторичной электронной эмиссии ( а),и изображение этой же области, полученное с помощью оже-электронов и характеризующеераспределение Fe ( б), С ( в) и Sb ( г) по поверхностиобразца.

Вероятность оже-эффекта падает с ростоматомного номера элемента, поэтому эффективность анализа атомов лёгких элементоввыше, чем тяжёлых. В табл. приведены характеристики разл. видов О.-с.

Рис. 5. Оже-спектры, полученные с кратераи выступа [отмечены на рис. 4 (а) точками 1 и 2]на поверхностисплава Fe - С, характеризуют различие элементного состава образца в этихточках.

Характеристики различных видов оже-спектроскопии

	Виды оже-спектро-скопии	Ср. глу-бина анализи-руемогослоя, нм	Прост-ранст-венноеразре-шение, нм	Анали-зируе-мыйобъём, мкм 3	Чувствитель-ность			Погреш-ность опреде-лениясостава, 0/0
					%	чис-ло ато-мов	мас-са, г
	ЭОС . .	1-3	50	10-5	10-2	103	10-19
	РОС . .	1-3	15 х 104	1	10-1	10-8	10-15
	ИОС . .	1-3	60	10-6	10-3	102	10-20

В. В. Кораблёв.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.