4. Метод дифракции отраженных быстрых электронов (добэ).

Mеmoд дифракции отраженных быстрых электронов основан на исследовании дифракции пучка быстрых электронов, падающих под скользящим углом на поверхность.

Получившаяся дифракционная картина будет служить характе­ристикой конкретного расположения атомов на поверхности.

Обычно используют потоки электронов с энергией E ~ 100кэВ, что соответствует длине волны излучения λ ~ 0,0037 нм. ДОБЭ-картина обычно состоит из длинных уз­ких полос, перпендикулярных к краю тени, создаваемой образцом. Полосы располагаются на расстоянии t друг от друга (рис. 1.22).

Рис.1.22. Картина ДОБЭ, полученная от поверхности Si (111) при энергии 100 эВ.

Если расстояние между флу­оресцентным экраном и образцом кристалла равно L (длина камеры), то t = L tg θ, а из закона Брэгга для решетки с параметром а следует

где h, k, l — индексы Миллера. Ввиду того, что λ << а. величина θ ма­ла, и уравнение примет вид

a= λ∙(L/t)∙(h²+k²)^0.5 (1.15)

Все параметры можно измерить либо вычислить. Метод ДОБЭ можно эффективно использовать для наблюдения дифракционных картин в ходе осаждения материалов на поверхность именно потому, что эксперименты проводятся при скользящем падении электронов.

Добавить, слабо по конструкции и по обработке, точности

5. Оже-электронная спектроскопия.

Среди известных элек­тронно-спектроскопических методик особое место занимает оже-электронная спектроскопия (ОЭС).

Оже-спектроскопия является электронной спектроскопией, в основе которой лежат измерения энергий и интенсивностей то­ков оже-электронов, эмитированных атомами, молекулами и твердыми телами в результате оже-эффекта.

На рис. 1.8. представлен фрагмент электронной структуры атома; К, L₁, L₂ — три электронных уровня, занятые электронами частично или полно­стью. В процессе взаимодействия атома с электро­ном существует вероятность ионизации уровня К. Это произойдет тогда, когда энергия электрона E выше энергии по­тенциала ионизации электрона на уровне К. В результате взаимо­действии образуется вакансия (дырка на орбите).

Рис. 1.8. Фраг­мент структуры атома и схема оже-процесса.

Для атома такое состояние энергетически невыгодно. Этот уро­вень через некоторое время может быть заполнен, например, за счет перехода электрона с уровня L₁. Стрелкой 1 обозначен такой пере­ход. При этом выделится квант энергии hv = E _L1- E _K . Эта энергия может породить либо выделение кванта энергии в виде фотона, либо она будет передана электрону, находящемуся на уровне L₂. Если этой энергии будет достаточно, то произойдет ионизация уровня L₂, и будет испущен электрон. Эмиссия электрона обозначена стрел­кой 2. Реализация эмиссии электрона с энергией электронного уров­ня представляет собой оже-процесс. Таким образом, эмитированный электрон носит название оже-электрон. В зависимости от принад­лежности к определенной орбите электронной оболочки атома, из которой он был выбит, электрон носит название K -, L₁ - или L₂ - электрона. Если иметь в виду, что электрон определенного уровня определенного вещества имеет точно извест­ную энергию, то по экспериментально опреде­ленной энергии оже-электрона можно опреде­лить его принадлежность определенному ве­ществу. Подчеркнем, что энергия оже-элект­рона не зависит от энергии бомбардирующих электронов, а целиком определяется уровнем, занимаемым оже-электроном в атомной структуре исследуемого вещества.

Важно отметить, что метод оже-спектроскопии пригоден для анализа небольшой глу­бины, определяемой длиной свободного пробе­га электронов. Обычно длина свободного про­бега не превышает 2—3 нм, она сопоставима с периодом кристаллической решетки. Поэтому метод оже-спектроскопии хорошо подходит для анализа тонких приповерхностных слоев.

Оже-электроны образуют на диаграмме N = N (E), где N — число электронов, E — их энергия, однополярный пик небольшой интен­сивности (рис. 1.9а), который плохо различим на фоне неупруго рассеянных электронов.

Рис. 1.9. Распределе­ние числа электронов но энергии (а) и та же кривая после диффе­ренцирования (б).

Если продифференцировать распределение N = N (E), то фон исчезает, и на месте слабого сигнала возникает оже-сигнал колоколообразной формы. Этот пик легко регистриру­ется.

Основным блоком оже-спектрометра является энергоанализатор оже-электронов, конструкции которого разнообразны. Энергоана­лизаторы должны точно измерять энергию оже-электронов.

На рис. 1.10. представлены образцы оже-спектров сплава FeC. Оже-спектроскопия может производиться при возбуждении оже-элек­тронов фотонным (рентгеновским) или ионным пучками. Соответст­венно оже-спектроскопия носит название рентгеновской (РОС) или ионной (ИОС) спектроскопии.

Рис. 1.10. Оже-спектры сплава FeC в точках 1 (б) и 2 (в). Точка 1 на поверхности соответствует включению железа, а точка 2 соответствует включению углерода.

Методом оже-спектроскопии можно зафиксировать наличие на поверхности 10^-14 г вещества. Если распределить столь малое коли­чество вещества на поверхности в один слой атомов, то оно будет соответствовать 10^-3 монослоя.

Метод оже-спектроскопии, как правило, совмешают со скани­рующим (растровым) электронным микроскопом. В таком методе возможна визуализация участка поверхности одновременно с ана­лизом ее состава. Метод позволяет получить карты распределения различных элементов по поверхности с разрешением в десять нанометров.