|
Читайте также: |
4.7.4 Применение оже-спектроскопии
Традиционные области применения ОЭС - изучение процессов адсорбции и десорбции на поверхностях твердых тел, коррозии, явлений, происходящих при поверхностном гетерогенном катализе, контроль за чистотой поверхности в различных технологических процессах.
С появлением сканирующих оже-спектрометров ОЭС широко используется и в микроэлектронике, в том числе для выявления причин отказа различных элементов микросхем.
Этот список применений можно продолжать сколько угодно, поскольку буквально с каждым днем у этой уникальной методики открываются новые возможности..
4.8. Источники электронов, рентгеновского излучения и ионов
В электронных спектрометрах, предназначенных для изучения спектра вторичных электронов, необходимы источники электронов, возбуждающих вторичную электронную эмиссию. Для рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии необходимы источники фотонов в рентгеновском диапазоне для возбуждения фотоэффекта. Для целей очистки образцов и получения профилей распределения элементов по глубине необходимы источники ионов для травления поверхности. В современных комплексах для анализа поверхности часто в одной измерительной сверхвысоковакуумной камере размещены все три источника, для обеспечения комплексного исследования поверхности различными методами.
Источники электронов. В качестве источников первичных электронов в электронной спектроскопии используют электронные пушки, формирующие электронный пучок с соответствующими энергией, интенсивностью и диаметром. Электронные пушки, используемые для исследования поверхности подобны тем, что применяются в обычных черно-белых телевизионных кинескопах или электронно-лучевых трубках осциллографов (рис.4.20)
Рис.4.20. Основные блоки электронной пушки.
Электронная пушка состоит из трех основных блоков. Катодный узел служит для экстракции электронов, которые затем с помощью ускоряющих и фокусирующих электродов фокусируются в электронный луч. Отклоняющие пластины позволяют отклонять электронный луч в горизонтальном и вертикальном направлениях, тем самым, обеспечивая попадание луча в заданную точку поверхности образца. Подача на эти пластины пилообразных напряжений горизонтальной и вертикальной разверток позволяет разворачивать электронный луч в растр по поверхности образца.
В большинстве электронных пушек для получения электронов используют термоэмиссионные катоды. Прямонакальные катоды изготавливают из проволоки чистых металлов (вольфрам, тантал и др.), которой часто придают V-образную форму. Пропусканием электрического тока нагревают эти катоды до температуры, при которой электроны покидают материал катода в результате явления термоэлектронной эмиссии. Вольфрамовые катоды, например, работают при температурах 2500 ¼ 2700 К. При более низких температурах работают подогревные оксидные катоды, катоды из гексаборида лантана (LaB6) и др. До рабочей температуры эти катоды нагреваются внешним нагревателем. Недостатком оксидных катодов является то, что они не выдерживают многократного воздействия воздуха. Этого недостатка нет у металлопористых пропитанных (импрегнированных) катодов.
В некоторых промышленных источниках электронов используют автоэмиссионные катоды, испускание электронов в которых осуществляется под влиянием внешнего электрического поля в результате явления автоэлектронной эмиссии. Автоэмиссионные катоды позволяют получать интенсивные электронные пучки со значительно меньшим диаметром, чем термоэмиссионные катоды.
Формирование электронного пучка осуществляется системой электростатических или магнитных линз. Наиболее распространенными являются электронные пушки с электростатической фокусировкой. Упрощенная схема электронной пушки с электростатической фокусировкой представлена на рис. 4.21. На этой схеме показан катод с внешним подогревателем в виде нити накала. Модулятор предназначен для регулировки тока первичных электронов. Два анода и фокусирующий электродов образуют электростатическую линзу, с помощью которой формируется узкий пучок электронов с заданной энергией. После прохождения через отклоняющие пластины электроны через дополнительный электрод, называемый «носом» электронной пушки, выходят в аналитическую камеру спектрометра
Энергия первичных электронов зависит от приложенной разности потенциалов между катодом и анодом электронной пушки и определяется задачами эксперимента. В электронной оже-спектроскопии, например, максимальное сечение ионизации внутренних оболочек атомов электронным ударом имеет место при энергии первичных электронов в 3 … 5 раз превышающей энергию ионизации соответствующего атомного уровня.
Рис.4.21. Упрощенная схема электронной пушки.
Например, энергия связи 1s электронов в кислороде составляет приблизительно 515 эВ, поэтому для получения максимальной интенсивности О KLL -пика оже-электронов необходима энергия первичных электронов не ниже 1500 эВ. Большинство промышленных электронных спектрометров работают при энергии первичных электронов от 3 до 10 кэВ.
Источники рентгеновского излучения. В рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии в качестве источников мягкого рентгеновского излучения чаще всего используют характеристическое рентгеновское излучение, возникающее при бомбардировке некоторых металлов быстрыми электронами. Поскольку в РФЭС разрешение по энергии должно быть порядка 1,0 эВ, то и ширина линии характеристического излучения не должна быть выше этого значения. Кроме того, энергия фотонов соответствующих линий должна быть достаточной, чтобы возбудить достаточное количество фотоэлектронных линий. Этим критериям наилучшим образом удовлетворяют K a-линии магния и алюминия. Энергия фотонов составляет соответственно для магния и алюминия 1486,6 и 1253,6 эВ, а ширина линии 0,85 и 0,7 эВ.
Рис. 4.22. Спектральное распределение интенсивности излучения рентгеновской трубки (алюминевый или магниевый анод при 10 кВ).
В табл.4.1 приведены данные по некоторым источникам, используемым в РФС. Для поглощения тормозного излучения рентгеновские лучи направляют на образец через алюминиевый или магниевый экран. Применяют также монохромацию излучения. Дополнительная монохромация излучения позволяет уменьшить полуширину линии до 0,2 эВ.
Таблице 4.1
Дата добавления: 2015-07-10; просмотров: 136 | Нарушение авторских прав