19862

Проведение количественного анализа в Оже-спектроскопии методом внешних эталонов и методом коэффициентов элементной чувствительности

Лекция

Физика

Лекция 27 Проведение количественного анализа в Ожеспектроскопии методом внешних эталонов и методом коэффициентов элементной чувствительности. Растровая Ожеэлектронная спектроскопия. Метод ОЭС позволяет проводить как качественный так и количественный элементный

Русский

2013-07-18

255.5 KB

11 чел.

Лекция 27

Проведение количественного анализа в Оже-спектроскопии методом внешних эталонов и методом коэффициентов элементной чувствительности. Растровая Оже-электронная спектроскопия.

Метод ОЭС позволяет проводить как качественный, так и количественный элементный анализ. Качественный анализ дает информацию о том, какие элементы входят в состав образца. Количественный анализ применяется для определения концентрации присутствующих на поверхности элементов

Качественный анализ. По измеренным значениям энергий Оже-электронов необходимо определить, каким именно химическим элементам соответствуют зарегистрированные максимумы спектра. Для этого используются справочники с таблицами энергий Оже-переходов и атласы эталонных Оже-спектров.

Количественный анализ. Для проведения количественного анализа методом ОЭС необходимо установить связь между током Оже-электронов данного элемента и его концентрацией в приповерхностной области.

Пусть в состав образца входит элемент, измеренная энергия Оже-пика которого соответствует Оже-переходу . Данный элемент, находящийся в слое толщиной dx расположенном на глубине x (рис. 27.1), дает следующий вклад в величину Оже-пика (в предположении 100% эффективность всей измерительной системы)

dIA = Ie(x)[1 + r(x)]и(x)n(x)WAe-x/cos(A/4)dx    (27.1)

где Ie(x) – ток электронов пучка, которые на глубине x имеют энергию больше энергии связи оболочки/подоболочки данного элемента ();

r(x) – коэффициент, учитывающий отраженные электроны, проходящие слой dx с энергией большей  (не путать с коэффициентом отражения);

и(x) – сечение ударной электронной ионизации для электронов, находящихся на глубине x;

n(x) – атомная концентрация искомого элемента на глубине x;

WA – вероятность, что в результате ионизации оболочки/подоболочки произойдет именно Оже-переход;

– глубина выхода Оже-электронов;

A – телесный угол сбора электронов электростатическим энергоанализатором.

Полный ток, отвечающий данному Оже-пику

.   (27.2)

Так как ~ 10 Å, то основной вклад в интеграл дает экспонента, поэтому формально верхний предел можно заменить на бесконечность и вынести за знак интеграла все сомножители кроме экспоненты. В результате получим

(27.3)

где I0 – ток пучка электронов; n – концентрация искомого элемента на поверхности образца, r – коэффициент, учитывающий отраженные электроны, пересекающие поверхность с энергией больше .

Непосредственное определение n в соответствие с выражением (27.3) сопряжено со значительными трудностями, связанными, в первую очередь, с неопределенностью значения r, поэтому на практике пользуются следующими приближенными методами, в конечном счете, связанными с использованием эталонных образцов.

Метод внешних эталонов.

В этом методе амплитуда Оже-пика от интересующего элемента в исследуемом образце сравнивается с амплитудой Оже-пика от моноэлементного образца, имеющего атомную концентрацию . В эталонном образце ток IA для того же перехода

Если оба измерения проведены в одинаковых условиях, то

.

Откуда искомая атомная концентрация исследуемого элемента

(27.4)

где последняя дробь – т.н. матричный фактор.

Расчету матричных факторов посвящено большое количество работ, в том числе, с использованием методов машинного моделирования процесса взаимодействия электронов с твердым телом, результаты которых приведены в справочниках.

В случае если известно, что исследуемый образец близок по стехиометрии эталонному полиатомному образцу, содержащему те же элементы, что и исследуемый образец, тогда можно считать, что матричные факторы обеих образцов практически совпадают и выражение (27.4) существенно упрощается

     (27.5)

где nэ – концентрация искомого элемента в эталонном образце. Проведя подобные измерения по всем элементам, содержащимся в исследуемом образце, мы решим задачу количественного анализа.

Метод коэффициентов элементной чувствительности.

Метод коэффициентов элементной чувствительности основан на допущении, что интенсивность оже-сигнала Ii элемента i просто пропорциональна его концентрации на поверхности ni. Это соответствует замене всех сомножителей в уравнении (27.3), кроме ni и величин А и , заданных геометрией измерения и вместе с эффективностью измерительной системы, определяющих чувствительность спектрометра k, константой Si, поэтому

.      (27.6)

Коэффициент Si определяет чувствительность метода к данному элементу и поэтому называется коэффициентом элементной чувствительности. Коэффициенты элементной чувствительности приведены в атласах эталонных Оже-спектров. Все спектры, приводимые в атласе, сняты в идентичных условиях и каждый спектр нормирован на амплитуду Оже-пика перехода MVV в серебре с энергией EА = 354 эВ, т.е. коэффициент элементной чувствительности серебра принят за 1. Проведя калибровку по серебру, т.е. определить чувствительность используемого Оже-спектрометра относительно чувствительности, приведенной в атласе, в рамках данного метода можно считать, что атомная концентрация i-элемента, в исследуемом образце (содержащим всего N элементов)

.     (27.7)

Растровая Оже-электронная спектроскопия

Оже-электронная спектроскопия дает нам информацию об элементном составе участка поверхности тела, размеры которого в первом приближении определяются размерами самого электронного зонда (пучка первичных электронов). Перемещая электронный зонд по поверхности, можно получить данные о распределении элементов на ней в разных точках. В Оже-спектрометрах первого поколения диаметр первичного электронного пучка составлял десятые доли миллиметра. Поэтому и пространственное разрешение было того же порядка. В настоящее время диаметр пучка в Оже-спектрометрах может быть доведен до сотен Å. Это дало возможность создать растровый Оже-спектрометр.

На рис. 27.1 приведены схема действия растрового Оже-спектрометра.

Первичный электронный пучок сканируется по растру на образце, подобно тому, как это сделано в растровом электронном микроскопе. Энергоанализатор настроег на энергию пропускания, соответствующую энергии Оже-пика одного из элементов, входящих в состав образца. Ток с детектора используется для модуляции яркости на экране электронно-лучевой трубки, подобно тому, как это делается в РЭМ. Развертка первичного электронного пучка в растр, естественно, синхронизована с разверткой ЭЛТ. Таким образом, получается изображение поверхности в Оже-электронах. Для получения изображения поверхности в Оже-электронах, отвечающих другому элементу, входящему в состав образца, необходимо перенастроить энергоанализатор на другую энергию пропускания, соответствующую энергии Оже электронов этого элемента.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22876. Физиология организма человека. Стресс, его роль в адаптации че 70 KB
  Стресс его роль в адаптации человека к социальной и трудовой деятельности. Понятие о стрессе как об общем адаптационном синдроме учение о стрессе Г. Сущность психогенного стресса и его влияние на человека. Степень развития интеллекта; Способность контролировать свои эмоции и поведение в различных ситуациях; Способность справляться со стрессом.
22877. Дійсний простір n – вимірних векторів 40 KB
  Для векторів вводимо дві операції – додавання та множення на скаляри. Під сумою двох векторів a=α1 α2 αn і b=β1 β 2 βn будемо розуміти вектор ab=α1β1 α2 β2 αn βn. Неважко перевірити що операція додавання векторів має такі властивості: .
22878. Лінійно залежні та лінійно незалежні системи векторів 20.5 KB
  Системою векторів в просторі Rn будемо називати будьяку скінчену послідовність векторів Нехай a1 a2 am є Rn Нехай a1 a2 am є Rn деяка система векторів α1 α2 αm є R система скалярів. Тоді вектор a= α1a1α2a2αmam називається лінійною комбінацією системи векторів a1 a2 am. Зрозуміло що тривіальна лінійна комбінація будьякої системи векторів рівна 0.
22879. Властивості лінійно залежних та лінійно незалежних систем векторів 22.5 KB
  Якщо до системи входить  то система лінійно залежна. Лінійна комбінація нетривіальна оскільки коефіцієнт при  дорівнює 1 отже система лінійно залежна. Система векторів лінійно залежна тоді і тільки тоді коли принаймні один з векторів системи лінійно виражається через інші.
22880. Дії над комплексними числами 1.04 MB
  Тоді . Нехай комплексне число тоді комплексноспряженим до нього назвемо число . Скористаємося правилом множення комплексних чисел: Розглянемо випадок коли тоді . Нехай `відповідає комплексному числу позначимо через довжину вектора а через кут який утворює цей вектор з додатним напрямком осі тоді тригонометрична форма комплексного числа.
22881. Еволюція поняття числа 135 KB
  В основі всіх числових множин лежить натуральний ряд чисел. Відомо що діагональ квадрата в такому випадку рівна Покажемо що не є раціональним числом. Кожне дійсне не раціональне число можна записати у вигляді нескінченного періодичного десяткового дробу. Відрізок ділимо на 10 різних частин за беремо число яке на 1 менше за номер відрізка на якому знаходиться число .
22882. Формула Муавра 74 KB
  Доведемо що формула Муавра вірна для будьяких цілих степенів. Приклад застосування формули Муавра Виразити і через . За формулою Муавра маємо а з іншого боку за формулою Бінома: прирівняємо дійсні та уявні частини:.
22883. Тригонометрична форма комплексного числа 64 KB
  Нехай `відповідає комплексному числу позначимо через довжину вектора а через кут який утворює цей вектор з додатним напрямком осі тоді тригонометрична форма комплексного числа. Назвемо модулем комплексного числа а аргумент комплексного числа якщо то аргумент не визначається. Нехай тоді Для даного комплексного числа його модуль визначається точно а аргумент з точністю до періода.
22884. Корені комплексного числа 114 KB
  Запишемо в тригонометричній формі: тоді за фомулою Муавра маємо: прирівняємо модулі . Розглянемо варіанти: тоді і ; тоді ; тоді ; тоді ; тоді тоді Покажемо що справедлива наступна нерівність: і співпадає з одним із чисел Поділимо на з залишком де і тоді де .