Оже-электронная спектроскопия — ОЭС (AES, Auger Electron Spectroscopy) и сканирующая оже-микроскопия — СОЭМ (SAM, Scanning Auger Microscopy) основаны на регистрации электронов, испускаемых в процессе безызлучательной релаксации атомов с вакансиями во внутренних оболочках. Метод обеспечивает элементный анализ поверхности с латеральным разрешением до ~10 нм и глубиной анализа ~0,5–3 нм.
|
При облучении поверхности пучком электронов с энергией Ep = 1–30 кэВ происходит ионизация остовных уровней с образованием вакансии (например, в K- или L-оболочке). Релаксация возбуждённого состояния может осуществляться двумя конкурирующими каналами:
- Рентгеновская флуоресценция: излучение фотона при переходе электрона с вышележащего уровня;
- Оже-процесс: безызлучательный переход, при котором энергия релаксации передаётся другому электрону, покидающему атом с кинетической энергией EAuger.
Для перехода KL 1 L 2,3 энергия оже-электрона оценивается как:
EAuger ≈ EK − EL 1 − EL 2,3* − Φ
где EL 2,3* — энергия уровня с учётом экранирования в дважды ионизированном конечном состоянии, Φ — работа выхода спектрометра. Химические сдвиги оже-пиков (ΔE ≈ 0,1–5 эВ) отражают изменения валентного состояния и локального химического окружения.
Глубина анализа определяется длиной неупругого свободного пробега оже-электронов λ inel(Ekin). Для типичных энергий оже-переходов (50–2000 эВ) λ inel ≈ 0,5–3 нм, что обеспечивает чувствительность к первым 3–10 монослоям. Регистрация спектра осуществляется цилиндрическим зеркальным анализатором (CMA) или полусферическим анализатором (CHA), часто с модуляцией напряжения и синхронным детектированием производной dN(E)/dE для повышения отношения сигнал/шум.
В режиме сканирующей оже-микроскопии (SAM) фокусированный электронный зонд (диаметр < 50 нм при использовании полевой эмиссии) сканирует поверхность, формируя карты элементного распределения по интенсивности характерных оже-пиков. Одновременная регистрация вторичных электронов (Ekin < 50 эВ) обеспечивает топографическое изображение с аналогичным латеральным разрешением.
Количественный анализ в ОЭС требует учёта:
- сечения ионизации остовного уровня σ(Ep , E level);
- вероятности оже-перехода WA (конкурирует с флуоресценцией, доминирует для лёгких элементов Z < 30);
- фактора обратного рассеяния R, усиливающего сигнал за счёт электронов, рассеянных в объёме;
- поправок на матричные эффекты и шероховатость поверхности.
Для относительных измерений применяется метод чувствительных факторов: Ci ∝ I i /S i , где S i — эталонная чувствительность элемента i.
Области применения ОЭС/СОЭМ:
- Анализ границ зёрен и сегрегации: картирование распределения примесей на поверхности и сколах;
- Тонкие плёнки и многослойные структуры: контроль состава интерфейсов, профилирование по глубине с ионным травлением;
- Микроэлектроника: локальный анализ контактов, дефектов, диффузионных барьеров;
- Коррозия и пассивация: исследование оксидных слоёв, адсорбционных плёнок;
- Катализ: характеристика модельных катализаторов, распределение активных компонентов.
Ограничения метода:
- Низкая чувствительность к водороду и гелию (отсутствие остовных уровней);
- Радиационные повреждения чувствительных материалов (полимеры, некоторые оксиды) при длительном облучении;
- Сложность количественного анализа без референсных образцов из-за матричных эффектов;
- Необходимость сверхвысокого вакуума (< 10−9 мбар) для сохранения чистоты поверхности в ходе измерения.
Технические спецификации систем для ОЭС/СОЭМ, включая электронные колонны, энергоанализаторы и программное обеспечение для картирования, представлены в каталоге оборудования для электронной спектроскопии.
1«AES» (Auger Electron Spectroscopy) — оже-электронная спектроскопия (ОЭС). 2«SAM» (Scanning Auger Microscopy) — сканирующая оже-микроскопия (СОЭМ). 3«SEM» (Scanning Electron Microscopy) — растровая электронная микроскопия (РЭМ). Оже-процесс назван в честь Пьера Оже, независимо описавшего эффект в 1925 г. (ранее наблюдался Л. Мейтнер в 1922 г.).
.png)