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

12 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

37832. Решение систем линейных алгебраических уравнений методом Гаусса с выбором главного элемента 207.5 KB
  Метод Гаусса К необходимости решения систем линейных алгебраических уравнений СЛАУ приводят многие прикладные задачи физики радиофизики электроники других областей науки и техники. Из прямых методов популярным у вычислителей является метод Гаусса исключения переменных с выбором главного максимального по модулю элемента в столбце.1 Процесс ее решения методом Гаусса делится на два этапа называемых соответственно прямым и обратным ходом.
37836. РЕШЕНИЕ СИСТЕМ НЕЛИНЕЙНЫХ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ МЕТОДОМ НЬЮТОНА 247 KB
  Метод Ньютона Многие прикладные задачи радиофизики и электроники требуют решения систем нелинейных алгебраических уравнений СНАУ или в векторной форме 2. Для численного решения таких систем используются итерационные методы. Построение k1го приближения в этой схеме осуществляется посредством решения линейной системы 2.3 при этом вектор поправки находится путем решения системы линейных алгебраических уравнений 2.
37837. Педагогические способности учителя 132 KB
  Способности - индивидуально-психологические особенности человека, проявляющиеся в деятельности и являющиеся условием успешности ее выполнения. От способностей зависит скорость, глубина, легкость и прочность процесса овладения знаниями, умениями и навыками, но сами они к ним не сводятся.