Оже-спектроскопия

Оже-спектроскопия — метод электронной спектроскопии, основанный на анализе распределения по энергии электронов, возникших в результате Оже-эффекта.

Производная Оже-спектра плёнки нитрида меди в зависимости от энергии. Различные пики для Cu и N видны с выделенным переходом N KLL.

По способу получения информации о поверхности методы анализа делятся на эмиссионные, в которых используется эмиссия частиц в результате воздействия на поверхность различных факторов (температура, электрическое поле), и зондирующие, основанных на эмиссии частиц или излучения, действующие на исследуемую поверхность. Метод электронной оже-спектроскопии относится к зондирующим методам. Он основан на анализе распределения энергии электронов, эмитированных исследуемым веществом под действием пучка первичных электронов, и выделении из общего энергетического спектра тех, которые возникли в результате оже-процесса. Их энергия определяется энергетической структурой оболочек атомов, участвующих в процессе, а ток в первом приближении — концентрацией таких атомов.

Оже-процессы проявляются при бомбардировке поверхности твердого тела медленными электронами с энергией E от 10 до 10000 эВ. Бомбардировка твердых тел в вакууме сопровождается вторичной электронной эмиссией. В состав вторичных электронов, эмитируемых, кроме собственно вторичных электронов, входят упруго- и неупругорассеянные первичные электроны.

Природа Оже-электронов

Относительный вклад образования вакансий в электронных оболочках от эффекта Оже и рентгеновского радиационного перехода в зависимости от атомного номера химического элемента

При бомбардировке поверхности материала электронами с энергией, достаточной для ионизации одной из внутренних оболочек атома, например К, возникает первичная вакансия, которая моментально (за 10⁻¹⁶—10⁻¹⁴ с) заполняется электроном, перешедшим из другой оболочки атома, например М. В результате возникает вторичная вакансия. Если E_K и E_M — энергии, необходимые для переноса электрона с К и М уровней на бесконечность, то энергия, выделяемая при таком переходе, равна E_K — E_M. Эта разница в энергии может распределиться по разным каналам. С одной стороны, в виде выпущенного кванта характеристического рентгеновского излучения hv = E_K — E_M (радиационный переход), а с другой передана электрону внешней оболочки атома, например N (безызлучательный переход или оже-переход). Энергия |E_K — E_M| - E_N может быть положительна (или равна нулю). В этом случае электрон эмитируется в вакуум и регистрируется как оже-электрон. Вероятность его выхода зависит от порядкового номера Z атомов изучаемого материала. Поскольку вероятность радиационного перехода с увеличением Z увеличивается (пропорционально Z⁴), вероятность появления оже-перехода при этом уменьшается. Так, для легких элементов она составляет примерно 95 %, а для элементов с Z>70 не превышает 10 %. Глубина выхода оже-электронов d₀ в диапазоне энергий, которые имеют интерес для электронной оже-спектроскопии, составляет 5 — 10 моноатомных слоёв. Поэтому можно сказать, что информация, полученная этим методом, относится к приповерхностной области исследуемого образца.

Эмитированные электроны какого-либо элемента, возникшие в результате оже-процесса, всегда характеризуются некоторыми значениями энергии. Отсюда, если провести анализ по энергиям электронов, эмитированных веществом под действием пучка первичных электронов, выделить из общего энергетического спектра те электроны, которые возникли в результате оже-процесса и определить их энергии, то можно сделать вывод о наличии на поверхности того или иного элемента.

Факторы, влияющие на интенсивность эмиссии оже-электронов

На интенсивность эмиссии оже-электронов существенно влияют различные факторы, такие как зависимость сечения ионизации внутренних уровней атомов от энергии первичных электронов, обратный поток рассеянных электронов, вероятность перехода атома в невозбужденное состояние с возникновением фотона и другие процессы.

Зависимость сечения ионизации уровня от энергии электронов первичного пучка

Поскольку значение энергии первичных электронов Е является важным фактором при образовании в атомах первичных вакансий, её изменение должно существенно влиять на величину тока оже-электронов.

Влияние угла падения первичных электронов на количество оже-электронов

Существенное влияние на ток оже-электронов оказывает геометрия процесса, а именно угол падения электронов на образец и угол регистрации оже-электронов. Речь идёт об угле между направлением пучка первичных электронов и нормалью к исследуемой поверхности и об угле между нормалью и направлением попадающих в детектор оже-электронов.

Литература

• Т. А. Карлсон ; пер. с англ.: И. А. Брытов, Н. И. Комяк, В. В. Кораблев. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия. — Л.: Машиностроение, 1981. — 431 с.

• Парилис, Э. С. Эффект Оже. — Таш.: Фан, 1969. — 211 с.

• Зигбан К., Нордлинг К., Фальман А. и др. Электронная спектроскопия. — М.: Мир, 1971. — 493 с.

• Попов В. Ф., Горин Ю. Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. — М.: Высш. шк., 1988. — 255 с. — ISBN 5-06-001480-0.

• Дж. Маан, В. Спайсер, А. Либш и др. Электронная и ионная спектроскопия твердых тел / Л. Фирмэнс, Дж. Вэнник, В. Декейсер. — М.: Мир, 1981. — 467 с.

Ссылки

• Jenkins, Leslie H.; M. F. Chung. Auger electron energies of the outer shell electrons (англ.) // Surface Science : journal. — 1970. — September (vol. 22, no. 2). — P. 479—485. — doi:10.1016/0039-6028(70)90099-3. — .
• Larkins, F.P. Semiempirical Auger-electron energies for elements 10 ≤ Z ≤ 100 (каталан.) // Atomic Data and Nuclear Tables. — 1977. — Octubre (vol. 20, num. 4). — P. 311—387. — doi:10.1016/0092-640X(77)90024-9. — .
•  (фр.) Burhop, E.H.S. Le rendement de fluorescence (англ.) // Journal de Physique et le Radium : journal. — 1955. — July (vol. 16, no. 7). — P. 625—629. — doi:10.1051/jphysrad:01955001607062500.
• Worthington, C.R.; .G. Tomlin. The Intensity of Emission of Characteristic X-Radiation (англ.) // Proceedings of the Physical Society A : journal. — 1956. — May (vol. 69, no. 5). — P. 401—412. — doi:10.1088/0370-1298/69/5/305. — .
• Paparazzo, E. Comment on 'AES and SAM microanalysis of structure ceramics by thinning and coating the backside.' Yu and Jin (англ.) // Surface and Interface Analysis : journal. — 2001. — December (vol. 31, no. 12). — P. 1110—1111. — doi:10.1002/sia.1144.