Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Оже-электронная спектроскопия
Метод не имеет стандартного сокращения, иногда с расшифровкой приводят аббревиатуру ОЭС. В иностранной литературе сокращают AES (Auger Electron Spectroscopy).
Наряду с излучательным механизмом релаксации электронных вакансий, создаваемых на внутренних оболочках при зондировании тела электронным пучком, существует безизлучательный механизм релаксации, в рамках которого избыточная энергия уносится выбрасываемыми электронами с более высоких оболочек, которые называют Оже-электронами. Поскольку энергия Оже-электронов является характеристической, то изучение энергетического спектра этих электронов дает информацию об элементном составе исследуемого образца.
Традиционно, Оже-переходы описываются так: оболочка с вакансией, оболочка, с которой переходит электрон, и оболочка, с которой выбрасывается Оже-электрон.
Очевидно, что вакансии могут быть созданы на более высоких оболочках (2). Возможны также переходы, в которых задействованы разные оболочки (3): это переходы Ко́стера – Кро́нига.
Фактически, правила отбора для Оже-переходов не существует, но вероятность их, а соответственно, интенсивность, существенно отличается. В справочниках специально отмечены наиболее интенсивные Оже-переходы, которые имеют аналитическое значение.
Вероятность реализации Оже-переходов максимальна в случае лёгких элементов и снижается с ростом зарядового числа.
Вследствие сравнительно небольшой энергии, Оже-электроны имеют небольшую глубину выхода, порядка 20 Å и таким образом, метод AES ориентирован прежде всего на определение легких атомов на поверхности.
Аналитические возможности метода определяются тем обстоятельством, что энергия Оже-электронов является характеристической и растёт с ростом зарядового числа Z, что позволяет из данных по энергии Оже-перехода для данного образца установить элементный состав. При этом энергии Оже-переходов подвержены небольшим химическим сдвигам, поскольку в отличие от рентгеновских переходов, одна из оболочек оказывается задействованной в формировании перехода дважды и общий сдвиг уровней остовных атомов при изменении электроотрицательности окружения начинает проявляться в значениях энергии Оже-перехода. Величина этого химического сдвига мала и имеет лишь ограниченное аналитическое значение. В то же время про эти эффекты надо помнить, поскольку значения энергий Оже-переходов для элементов, приведенных в таблицах для элементарных образцов, будут отличаться в случае включения этих элементов в те или иные химические соединения.
Устройство Оже-электронного спектрометра
Траектория движения электронов в анализаторе определяется напряжением, приложенным между внешним корпусом анализатора и корпусом, вставленной в него электронной пушки. Электроны, имеющие энергию, величина которой определяется прикладываемым напряжением, попадают на детектор и там подсчитываются. Меняя напряжение, можно построить спектр электронов, выбитых из образца.
Сам же спектр имеет следующую форму:
Оже-переходы очень слабые, их необходимо измерять на значительном фоне обратно рассеянных электронов, поэтому поступают следующим образом. Напряжение на обкладках цилиндрического зеркального анализатора меняют по гармоническому закону . Функцию разложим в ряд Тейлора:
Регистрируют производную излучения Оже-электронов, которая будет меняться с частотой приложенного напряжения.
Именно такой вид и имеют экспериментальные спектры Оже-переходов. Из них легко определить энергию Оже-перехода, а амплитуда этих спектров пропорциональна интенсивности Оже-электронного сигнала.
Частотно-селективная регистрация позволяет избавиться от фона и обеспечить хорошее соотношение сигнал – шум. Так достигается уровень чувствительности 0,1 ат. %. Вследствие такой высокой чувствительности, нет необходимости переходить с Оже-электронного спектрометра на рентгенофлуоресцентный, если нужно измерять содержание тяжёлых элементов.
Особенностью Оже-электронной спектроскопии является чувствительность к наличию поверхностных слоев, даже толщиной 5-10 ангстрем.
Ещё один фактор, влияющий на интенсивность сигнала – это шероховатость поверхности. Выход шероховатой поверхности оказывается ниже из-за перераспределения интенсивности между пиком отраженных электронов и фоном обратно рассеянных электронов.
Возможности количественного определения с использованием AES ограничены
(обозначения см. гл. 4. Electron Microprobe)
Если обратно рассеянные электроны имеют достаточную энергию, чтобы вызвать образование электронных вакансий на обратном ходе, то это обстоятельство необходимо учитывать:
– коэффициент обратного рассеяния
Такая сложная связь между выходом Оже-электронов и концентрацией определяемых атомов позволяет проводить количественные измерения только с использованием эталонов и построением соответствующих калибровочных кривых.
Если стандартный образец по своим свойствам существенно отличается от исследуемого, то необходимо учитывать такие факторы, как эффективность обратного рассеяния в образце и стандарте и глубина выхода в образце и стандарте.
Таким образом, Оже-электронная спектроскопия эффективна в тех случаях, когда необходимо выполнить качественный анализ, прежде всего, лёгких элементов либо проследить за изменением состава поверхности образца после химических манипуляций. Этот метод также подходит для изучения профилей распределения примесей образца при его ионном травлении.
Если мы будем травить поверхность образца и непрерывно измерять концентрацию элемента на дне кратера травления, то мы можем построить распределение примесей по глубине. Это распределение будет подвержено тем же искажениям, связанным с ионным травлением, что и в случае глубинного профилирования методом вторично-ионной масс- спектрометрии.
Пример: алюминий напылен на кремний. Исследуем профиль распределения различных элементов по глубине. Т.е. поверхность травится ионным пучком, дно кратера облучается электронами и измеряется концентрация элементов.
Обнаружилось присутствие кислорода на границе. Таким образом, качество контакта определяется образование плёнки оксида на границе раздела.
Аналогично, если на поверхность кремния напылить никель, то такое профилирование даст следующий результат:
Все те факторы, которые влияют на профили изменения концентрации по глубине, т.е. ионное перемешивание, ионностимулированная термодиффузия и т.д., проявляются и в случае глубинного профилирования с помощью Оже-электронной спектроскопии. Следует также помнить, что эффекты неоднородности при ионном травлении накладывают такие же ограничения на профилирование вглубь, как и в случае ВИМС.
Отличительной особенностью AES является высокая эффективность при определении лёгких элементов. Возможность управления электронным пучком позволяет исследовать распределение элементов по поверхности твердого тела, т.е. создавать Оже-электронные микроскопы. При помощи таких приборов можно получать профиль изменения концентрации лёгких элементов на различных участках поверхности образца.
Одним из первых примеров использования метода стало исследование причин разрушения турбины где-то в Америке. Исследование показало, что примесь фосфора в металле имела тенденцию к формированию монослоя. Этого было достаточно, чтобы материал приобрел хрупкость и при высоких нагрузках разрушился. Обидно, что примесь фосфора имела второстепенное значение и не несла никакого технологического смысла.
Недостатки: высокая чувствительность метода к шероховатости поверхности.
- 3 -
Δ
Ni2Si
Ni
Si
Si
Ni
d
конц.
d
конц.
Ar+
Si
Al
O
Si
Al
конц.
E
E
N(E)
1 – электроны, отраженные от поверх-ности образца (Е0)
2 – отраженные электроны, потерявшие части энергии
3 – Оже-электроны
4 – фон обратно рассеянных электронов (не имеют характеристической энергии)
4
3
2
1
E
N(E)
1 – электронная пушка
2 – пучок зондирующих электронов
3 – образец
4 – выбитые электроны
5 – цилиндрический зеркальный анализатор
6 – ионная пушка (в качестве присадки)
6
5
4
3
2
V
1
z
вероятность Оже-перехода
0,5
←
→
1) KL1L1 2) L1M1M1 3) L1L2M1
3s
2p3/2
2p1/2
2s
1s
M1
L3
L2
L1
K
3s
2p3/2
2p1/2
2s
1s
M1
L3
L2
L1
K
3s
2p3/2
2p1/2
2s
1s
M1
L3
L2
L1
K