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

32749. Относительность понятия одновременности. Относительность длин и промежутков времени. Интервал между событиями. Его инвариантность. Причинность 50.5 KB
  Следовательно события одновременные в одной инерциальной системе отсчета не являются одновременными в другой системе отсчета т. Относительность промежутков времени Пусть инерциальная система отсчета K покоится а система отсчета K0 движется относительно системы K со скоростью v. Тогда интервал времени между этими же событиями в системе K будет выражаться формулой: Это эффект замедления времени в движущихся системах отсчета. Относительность расстояний Расстояние не является абсолютной величиной а зависит от скорости движения тела...
32750. Релятивистский закон преобразования скорости. Релятивистский импульс 34 KB
  Релятивистский закон преобразования скорости. Пусть например в системе отсчета K вдоль оси x движется частица со скоростью Составляющие скорости частицы ux и uz равны нулю. Скорость этой частицы в системе K будет равна С помощью операции дифференцирования из формул преобразований Лоренца можно найти: Эти соотношения выражают релятивистский закон сложения скоростей для случая когда частица движется параллельно относительной скорости систем отсчета K и K'. Если в системе K' вдоль оси x' распространяется со скоростью u'x = c световой...
32751. Релятивистское уравнение динамики. Релятивистское выражение для кинетической и полной энергии. Взаимосвязь массы и энергии 43.5 KB
  Релятивистское выражение для кинетической и полной энергии. Взаимосвязь массы и энергии. Закон взаимосвязи массы и энергии. Для получения релятивистского выражения для кинетической энергии используем её связь с работой силы а силу подставим из релятивистской формы основного закона динамики материальной точки...
32752. Уравнение свободных колебаний без трения: пружинный маятник. Его решения. Вектор-амплитуда 51 KB
  Уравнение свободных колебаний без трения: пружинный маятник. Это уравнение называют уравнением свободных колебаний пружинного маятника. Оно правильно описывает рассматриваемые колебания лишь тогда когда выполнены следующие предположения: 1силы трения действующие на тело пренебрежимо малы и поэтому их можно не учитывать; 2 деформации пружины в процессе колебаний тела невелики так что можно их считать упругими и в соответствии с этим пользоваться законом Гука. Эта формула показывает что частота свободных колебаний не зависит от начальных...
32753. Физические и математические маятники 57 KB
  9 Как видим период колебаний математического маятника зависит от его длины и ускорения силы тяжести и не зависит от амплитуды колебаний. В отличие от математического маятника массу такого тела нельзя считать точечной. Будем считать что вес физического маятника приложен к его центру тяжести в точке С. С учетом всех величин входящих в исходное дифференциальное уравнение колебаний физического маятника имеет вид: 7.
32754. Гармонический осциллятор. Энергия гармонического осциллятора. Сложение одинаково направленных и взаимно перпендикулярных колебаний 54 KB
  Свободные колебания такой системы представляют собой периодическое движение около положения равновесия гармонические колебания. Если трение не слишком велико то система совершает почти периодическое движение синусоидальные колебания с постоянной частотой и экспоненциально убывающей амплитудой. Если осциллятор предоставлен сам себе то говорят что он совершает свободные колебания. Если же присутствует внешняя сила зависящая от времени то говорят что осциллятор испытывает вынужденные колебания.
32755. Уравнение затухающих колебаний и его решение. Коэффициент затухания. Логарифмический декремент затухания. Добротность 92.5 KB
  Уравнение затухающих колебаний и его решение. Закон затухания колебаний определяется свойствами колебательных систем. Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний линейной системы где s колеблющаяся величина описывающая тот или иной физический процесс δ = const коэффициент затухания ω0 циклическая частота свободных незатухающих колебаний той же колебательной системы т.1 в случае малых затуханий где Период затухающих колебаний с учетом формулы 7.
32756. Уравнение вынужденных колебаний и его решение. Векторная диаграмма. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний 60 KB
  Уравнение вынужденных колебаний и его решение. Амплитуда и фаза вынужденных колебаний. Перейдем теперь к pассмотpению колебаний в системе на которую действует переменная во времени внешняя сила Ft. Такие колебания называют вынужденными в отличие от свободных колебаний pассмотpенных ранее.
32757. Резонанс. Резонансные кривые для амплитуды и фазы вынужденных колебаний 54.5 KB
  Явление возрастания амплитуды колебаний при приближении частоты вынуждающей силы w к собственной частоте колебательной системы w0 называется резонансом. При наличии трения резонансная частота несколько меньше собственной частоты колебательной системы. Другие механические системы могут использовать запас потенциальной энергии в различных формах.2 Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынуждающей силы частоты вынуждающего переменного напряжения к частоте равной или близкой собственной частоте...