Материал: 684_Filimonova_N.I._Metody_ehlektronnoj_spektroskopii_

4.2. Экспериментальное оборудование для ЭОС

Спектры Оже-элетронов регистрируются Оже-спектрометрами, обобщенная блок-схема которых приведена на рис.4.4.

3

4 5

Рис.4.4. Блок-схема Оже-спектрометра: 1–электронная пушка, 2– исследуемый образец; 3– ионная пушка для послойного распыления образца; 4– анализатор энергии электронов; 5– система регистрации и обработки данных.

Пунктиром обведена вакуумная часть прибора. [11]

Стандартный Оже-спектрометр содержит сверхвысоковакуумную камеру, в которой расположены образец 1, электронная пушка 2, анализатор энергии электронов 3 и система регистрации и обработки данных 5 (рис. 4.4). Поскольку выход Оже-электронов чувствителен к состоянию поверхности, в рабочей камере Оже-спектрометра должен быть создан вакуум не хуже 1,33·10-8 Па.

Современные приборы оснащаются манипуляторами для крепления и юстировки образца, системами для термической очистки поверхности образца и ионной бомбардировки, устройствами для шлюзования и приспособлениями для разламывания или скола образца в вакууме.

Электронная пушка для ЭОС

В ЭОС используются два типа электронных источников: термоэмиссионные и автоэмиссионные, причем термоэмиссионные встречаются чаще. В случае термоэмиссии материал источника просто нагревается до температуры, достаточно высокой для того, чтобы часть электронов этого материала приобрела энергию, необходимую для прохождения над потенциальным барьером, которым является работа выхода в вакуум. Чем выше температура, тем больше термоэмиссия. Обычно применяемые материалы - вольфрам или борид лантана. В случае автоэмиссионного катода электронам в вакууме не сообщается дополнительная энергия. Создание сильного внешнего положительного электрического поля у поверхности материала – источника электронов, изготовленного в виде иглы, - уменьшает потенциальный барьер, удерживающий электроны в веществе, и обеспечивает возможность туннелирования электронов в вакуум

31

Рис.4.6. Блок-схема Оже-спектрометра с АЗП [4]

Если выполняется условие, что ΔU<< U0, то в результате синхронного детектирования сигнала на частоте модуляции ω в спектрометре с АЦЗ спектр сразу получают в виде производной dN(E)/dE (рис.4.5), а в спектрометре с АЗП

– в виде N(E). Чтобы в спектрометре с АЗП получить спектр электронов в виде производной dN(E)/dE, необходимо детектировать сигнал на частоте 2ω.

Чувствительность и разрешающая способность Оже-спектрометров с АЗП сильно зависит от амплитуды переменного сигнала ΔU, который обычно меняется в пределах 0,5-20 В. Увеличивая амплитуду переменного сигнала можно повысить чувствительность регистрации тока коллектора с частотой 2ω, но разрешающая способность при этом резко снизится. Разрешающая способность Оже-спектрометров с АЗП составляет около 1% [11], т.е. при энергии вторичных электронов 100 эВ можно разрешить два Оже-пика, если соответствующие им энергии электронов различаются не менее чем на 1 эВ.

На разрешающую способность Оже-спектрометров влияют и конструкционные и энергетические особенности электронно-оптической системы, например, такие как отклонение от нормального падения электронов на тормозящую сетку, неравномерное распределение потенциала по поверхности этой сетки, неточное положение образца, энергоразброс в пучке первичных электронов и др.

33

Рис. 4.7. Блок-схема Оже-спектрометра с двухпролетным АЦЗ [4]

Ввиду высокой чувствительность ЭОС к состоянию поверхности необходимо подготовить поверхность образца к исследованию, удалив адсорбаты или окисел, которые внесут искажение в Оже-спектр образца. Для этого часто используют ионное травление, для чего в состав Оже-спектрометра обычно входит ионная пушка. Распыление поверхностного слоя образца происходит под действием бомбардировки ионами инертного газа (чаще всего аргона) с энергией порядка 5 кэВ. Распыление материала образца потоком ионов с одновременной регистрацией Оже-спектров позволяет проводить послойный анализ химического состава образца и снимать профили изменения состава образца по глубине. Ввиду того, что количество вторичных электронов, возбуждаемых ионным пучком, намного меньше, чем количество электронов, возбуждаемых первичным электронным пучком, ионная бомбардировка оказывает малое влияние на Оже-спектр.

Разрешение по глубине при послойном анализе определяется не только однородностью образца и глубиной выхода Оже-электронов, но и однородностью ионного пучка на поверхности образца.

При этом, наиболее важным ограничивающим фактором является неоднородность образца. На рис.4.8 приведена принципиальная конструкция установки PHI-680 с анализатором типа АЦЗ.

34

Рис.4.8. Схема электронного Оже-спектрометра PHI-680: 1 – ионный насос электронной пушки; 2 – изолирующий клапан (механический); 3 - анализатор типа цилиндрическое зеркало и электронная пушка; 4 – ионная пушка; 5 – образец; 6 – устройство для закрепления образца; 7 – шлюз для установки образца; 8 – турбомолекулярный насос; 9 – электромеханический

насос; 10 – ионный насос рабочей камеры [14]

Детекторы для РФЭС и ЭОС

Для регистрации электронов используют вторичные электронные умножители. Такой умножитель представляет собой каналотрон - изогнутую трубку, внутренние стенки которой покрыты веществом с высоким коэффициентом выхода вторичных электронов. При попадании электрона на внутреннюю поверхность стенки детектора в месте удара выбивается несколько электронов, которые продолжают путь по трубке, вновь сталкиваются с ней и выбивают новые электроны. Так рождается электронная лавина, формирующая импульс тока, который регистрируется электронной схемой. В современных приборах для РФЭС и ЭОС используют мультиканальные детекторы, то есть детекторы, представляющие собой сборку из нескольких каналотронов, что позволяет увеличить отношение сигнал/шум и уменьшить время анализа.

4.3. Применение ЭОС. Количественный анализ

Химический анализ. Химические сдвиги

Так как кинетическая энергия Оже-электронов однозначно определяется электронной структурой атома, то по энергетическому положению Оже-пика можно идентифицировать этот атом. Энергии Оже-переходов для всех

35