1 ОЖЕ-ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ОЖЕ-ЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ В.И. Троян, М.А. Пушкин, В.Д. Борман, В.Н. Тронин презентация к лекциям по курсу «Физические методы исследования поверхности и наноструктур»

2 Лекция 1 Ожэ-электорнная спектроскопия Pierre Auger ( ) -поверхностная чувствительность метода ОЭС; -чувствительность к химическому состоянию элементов; -возможность сканирования образца сфокусированным электронным пучком, позволяющая получать карту распределения элементов по поверхности образца (оже- электронная микроскопия) с субмикронным разрешением; - использование анализаторов электронов типа цилиндрического зеркала, обладающих большей чувствительностью по сравнению с другими типами анализаторов.

3 Лекция 1 Рентгеновские и спектроскопические обозначения электронных уровней ОЭС

4 Лекция 1 Физический принцип ОЭС. Оже-эффект. 1) ионизация остовных электронных уровней первичным электронным пучком; 2) оже-рекомбинация (безызлучательный, jkl оже-переход); 3) эмиссия оже-электрона; 4) регистрация энергетического спектра оже-электронов, покинувших образец.

5 Преимущества использования электронного пучка: -простота получение электронного пучка нужной энергии кэВ и интенсивностью ; - возможность фокусировки электронного пучка (до единиц микрон) и сканирования им поверхности образца, позволяющая получать информацию о локальном элементном составе образца (оже- электронная микроскопия).

6 Лекция 1 Общий вид электронного спектра в ОЭС

7 Представление спектров в дифференциальном виде позволяет: - увеличить интенсивность слабых пиков, так как производная не зависит от интенсивности самого пика ; - подавить фон неупругорассеянных электронов, который слабо зависит от энергии в окрестности анализируемого оже-электронного пика; - облегчить определение положения широких оже- электронных линий.

8 Лекция 2 Расчет кинетической энергии оже-электрона 1. «Нулевое» приближение 2. Приближение эквивалентных остовов 3. Учет взаимодействия двух дырок в конечном состоянии или

9 Лекция 2 Форма оже-электронных спектров 1.CCV оже-переходы 2.СVV оже-переходы Учет взаимодействия дырок в конечном состоянии (d-металлы) Локализованное экситоноподобное двухдырочное состояние Увеличение энергии взяимодействия двух дырок F по отношению к ширине валентной зоны W

10 Co Ni Cu Широкий спектр Узкий «атомоподобный» спектр

11 Лекция 2 Интенсивность оже-электронных линий Сечение ионизации электронным ударом см 2 А Низкая эффективность выхода оже-электронов!

12 Лекция 2 Интенсивность оже-электронных линий Увеличение сечения ионизации за счет вторичных и обратно рассеянных электронов. покидающие образец оже- электроны быстрые электроны ионизован- ные атомы обратно- рассеянные первичные электроны ~1 мкм ~1 нм

13 Лекция 3 Количественный анализ оже-спектров Сравнение РФЭС и ОЭС

14 Оже-электронный спектрометр PHI-680 (США) с цилиндрическим энергоанализатором

15 Характеристики оже-спектрометраPHI-680 Характеристики оже-спектрометра PHI пространственное разрешение до 10 нм, - глубина анализа 0,5-5 нм, - ускоряющее напряжение 0-30 кВ, - разрешение по энергии 0.5%, - чувствительность 0,3-1,5 ат.% при идентификации всех химических элементов, кроме водорода и гелия.

16 Kинетическая энергия оже-электрона: KE BE(L 2 ) - BE(L 3 )- BE (M*) ВЕ – энергия связи электрона (относительно уровня Ферми), IP – потенциал ионизации (относительно уровня вакуума) Переход Костера-Кронига происходит если: KE КК >0 => BE(L 2 )-BE(L 3 ) > BE(M*) Для меди: Металл: BE(L 2 )-BE(L 3 ) = ΔBE(2p) = 19.8 эВ BE (M*) = E(3d) =10.2 эВ ΔBE(2p) > E(3d) -> переход КK есть Атом: IP играет роль BЕ IP(3d) 20 эВE перехода КК нет => Для нанокластеров Cu процесс Костера-Кронига можно использовать для наблюдения перехода металл- неметалл! L2L2L2L2 L3L3L3L3 M Лекция 4 Применение ОЭС для исследования нанообъектов Методика исследования перехода металл-неметалл в нанокластерах Cu на основе оже-процесса Костера-Кронига (КК)

17 Нанокластеры Cu на поверхности графита Оже-спектры L 3 MM и L 2 MM кластеров Cu размером 2 –> 10 нм Отношение интенсивностилиний L 3 MM и L 2 MM в зависимости от размера кластеров R металл атом Cu металл (есть КК):I 3 /I 2 8 Cu кластер: 8 > I 3 /I 2 > 2 Cu атом (нет КК): I 3 /I 2 2 Переход металл- неметалл в кластерах Cu размером ~ 2 нм Лекция 4 Применение ОЭС для исследования нанообъектов

18 Лекция 4 Применение ОЭС: локальный элементный анализ Оже-спектры микрочастицы Fe и чистой поверхности образца

19 Электронная оже-микроскопия: изображения участка поверхности образца с микрочастицами Fe во вторичных электронах и карты распределения элементов C, S, Fe, Na, O. С S Fe NaO 1 мкм

20 Электронная оже- микроскопия: изображения участка поверхности образца с микрочастицами оксида кальция во вторичных электронах и карты распределения элементов C, S, Ca, Na, O. 1 мкм