Пиши Дома Нужные Работы


Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов

На следующем рис. 5 представлены различные процессы взаимодействия электронного пучка с тонким кристаллическим образцом.

Интенсивность процесса характеризуется сечением процесса, обозначаемым σ и имеющим размерность [см2]. Если образец имеет толщину t, плотность атомов N, плотность ρ, и атомный вес A, то интенсивность процесса, скажем, рассеяния, будет

QТ t = N t σT = N0 σТ ρ t/A , (1.3)

где N0 – число Авогадро. Значок T означает интенсивность полного или интегрального сечения, в отличие от дифференциального, описывающего угловое распределение,

dσ/dΩ = (1/(2πsinθ))dσ/dθ. (1.4)


 

 

Рис. 5. Процессы взаимодействия электронного пучка с тонким кристаллическим образцом.


При прохождении высокоэнергетических электронов сквозь тонкий образец существует вероятность неупругого и упругого рассеивания электронов. Эта вероятность определяется по существу энергией электронов, толщиной образца и атомным номером возбужденных атомов. В обычной просвечивающей электронной микроскопии, о которой речь пойдет на одной их следующих лекций, неупруго рассеянные электроны не требуются, потому что они приводят к дефокусировке изображения. Однако эти электроны могут использоваться для получения детальной информации о химическом составе материала, через который они проходят - его электронной структуре, химических связях элементов внутри.

Физический метод, используемый для измерения потерь энергии электронов, рассеянных в определенном угловом диапазоне, называется Спектроскопией характеристических потерь энергии электронов. Он может использоваться в аналитической просвечивающей электронной микроскопии для химического анализа при высоком латеральном разрешении, а также в режиме отражения для исследования поверхности. В последнем случае поверхность образца бомбардируется электронами относительно низкой энергии (от нескольких сот эВ до приблизительно 3 кэВ) и анализируются энергетическое и угловое распределения отраженного пучка. Аппаратура, необходимая для отраженной спектроскопии обычно комбинируется с оже-электронной спектроскопией, так как спектрометры для ЭОС могут обычно использоваться и как спектрометры энергетических потерь.

Потери энергии называются характеристическими, так как энергия потерь не зависит от энергии первичных электронов, а ее величина характерна для данного материала. Пики характеристических потерь энергии электронов располагаются вблизи пика упруго отраженных электронов. В отличие от пиков оже-электронов, положения которых не зависят от энергии первичных электронов, положения пиков характеристических потерь определяется Ер. При смещении максимума упруго отраженных электронов пики характеристических потерь смещаются вместе с ним, оставаясь на одинаковом энергетическом расстоянии от упругого пика.


 

 

Рис.6. Вид спектра характеристических потерь энергии электронов.


 

Рис. 7. Процессы возбуждения валентной зоны и остовных уровней атомов твердого тела.


Потери энергии электронами связаны с различными процессами на поверхности твердого тела или в тонкой пленке. Это возбуждение в твердом теле квазичастиц фононов и плазмонов, колебания адсорбированных на поверхности атомов и молекул, одночастичные возбуждения валентных электронов (внутризонные и межзонные переходы), ионизация внутренних атомных уровней. Характеристические потери охватывают большой диапазон энергии от нескольких миллиэлектронвольт до, более чем, 103 эВ. Поэтому для реализации этого метода во всем интервале энергии требуются различные экспериментальные методики, чтобы достичь требуемого разрешения как при очень малых, так и при достаточно больших энергиях возбуждения [12]. На рис. 6 схематически представлен полный спектр характеристических потерь энергии электронов, на котором обозначены основные механизмы потерь.

Если для получения спектра характеристических потерь энергии электронов используется первичный пучок электронов с энергией EP < 20 эВ, то метод называется спектроскопия характеристических потерь энергии электронов высокого разрешения (СХПЭЭВР). Первичный пучок электронов в этом случае должен быть очень монохроматичным с шириной линии первичных электронов, измеренной на половине ее высоты, порядка 1 мэВ. Как правило, в СХПЭЭВР исследуют рассеянные отраженные электроны. В некоторых экспериментах изучают угловое распределение электронов, рассеянных поверхностью твердого тела. Этот метод дает большую информацию о дисперсионном соотношении для поверхностных фононов чистых и содержащих адсорбат поверхностях металлов. Широкое применение находит СХПЭЭВР для изучения колебаний адсорбированных на поверхности атомов и молекул, она используется для идентификации адсорбированных частиц и для получения информации о положении адсорбата и геометрии связей.

В обычном методе СХПЭЭ используют первичные электроны с энергией в интервале 100…500 эВ. В этой области энергий возбуждаются поверхностные и объемные плазмоны, внутризонные и межзонные переходы. СХПЭЭ при ЕР ~ 100 эВ можно изучать электронную структуру чистых поверхностей, тонких покрытий и адсорбатов. В этом случае энергетическое разрешение может быть приблизительно 0,3…0,5 эВ, что не требует дополнительной монохроматизации электронного пучка. Используют луч обычной электронной пушки с термической шириной линии приблизительно 0,3 эВ.

В высокоэнергетической области спектра потерь энергии электронов лежат пики, возникающие в результате ионизации остовных уровней атомов первичными электронами. Метод электронной спектроскопии, связанный с исследованием потерь энергии электронов на ионизацию остовных уровней атомов иногда называют ионизационной спектроскопией. Между СХПЭЭ и ионизационной спектроскопией нет принципиального различия. Различаются они лишь количественной величиной потерь энергии электронами.

Спектры характеристических потерь энергии электронов являются потенциальными носителями информации о составе и химическом состоянии элементов на поверхности твердого тела и адсорбированных слоев. Для чистой поверхности кристалла положение пиков объемных и поверхностных плазмонов на электронном спектре является характеристикой вещества, что позволяет идентифицировать отдельные элементы. СХПЭЭ позволяет получать информацию о химических реакциях, происходящих на поверхности при нанесении на нее тонких покрытий или адсорбции атомов другого элемента. Энергия пиков плазменных потерь меняется в зависимости от структурных модификаций одного и того же элемента. Так, например, для различных кристаллических состояний углерода (алмаз, графит, аморфное состояние) энергия объемного плазмона меняется от 33 до 22 эВ.






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.