Оже-спектроскопия

ОЖЕ-СПЕКТРОСКОПИЯ электронная (ЭОС), раздел спектроскопии, изучающий энергетич. спектры оже-электро-нов, к-рые возникают при облучении исследуемого в-ва электронным пучком. ЭОС широко используется для определения элементного состава газов и пов-сти твердых тел, для изучения электронного строения и хим. состояния атомов в пробе.

Оже-эффект заключается в следующем. Под действием ионизирующего излучения на одном из внутр. электронных уровней (напр., К-уровне) атома образуется вакансия, на к-рую переходит электрон с более высокого уровня (напр., L₃-подуровня). Возникший при переходе электрона избыток энергии может привести к испусканию рентгеновского фотона (излучат. переход) или к выбрасыванию еще одного электрона, напр. с подуровня L₁ (безызлучат. переход). Этот электрон называют оже-электроном, а его кинетич. энергия Е определяется ур-нием: Е = Е_к — E_L1 - E_L3 , где Е_к, E_L1 и E_L3-энергии связи электронов на уровнях К, L₁, и L₃ соотв. (с учетом влияния ионизации атома). Рассмотренный оже-переход обозначается KL₁L₃. Существуют и др. переходы, напр. типа LMM, MNN, KLM. Оже-эффект наблюдается у всех элементов периодич. системы, начиная с Li, причем его вероятность для легких элементов достигает 0,99 и убывает с увеличением порядкового номера. В твердом теле наряду с переходами между внутр. уровнями атома наблюдаются переходы (типа LMV, LVV и т.д.) с участием электронов валентной зоны.

Спектры оже-электронов регистрируют с помощью оже-спектрометров, к-рые состоят из источника ионизирующего излучения, камеры для размещения исследуемых образцов, энергоанализатора и детектора электронов. В качестве ионизирующего излучения используют электронные пучки с энергией от 3 до 10 кэВ, а в приборах с пространств. разрешением менее 0,1 мкм-с энергией выше 10 кэВ. Для измерения кинетич. энергии электронов применяют дисперсионные электростатич. энергоанализаторы (с цилиндрич. или полусферич. электродами), к-рые обеспечивают высокое энергетич. разрешение (DE/E)·100 ~ 0,05%. Для детектирования электронов служат электронные умножители (в частности, каналтроны), имеющие высокую эффективность счета низкоэнергетич. электронов при малом уровне фона. Оже-спектрометры дают возможность получать энергетич. спектры в виде зависимостей N(E)-E и [dN(E)/dE]-E (рис. 1), где N(E)- выход (или интенсивность тока) оже-электронов, равный числу оже-электронов, испускаемых исследуемым объектом в единицу времени.

По спектрам оже-электронов можно проводить качеств. и количеств. элементный анализ пробы. Для этого пользуются спектрами в координатах [dN(E)/dE]-E, к-рые обеспечивают более высокую чувствительность и точность анализа. Элемент, присутствующий в пробе, идентифицируют по значению кинетич. энергии Е оже-электронов, поскольку эта величина зависит только от энергии связи электронов на электронных уровнях, и, следовательно, определяется природой атомов. Кроме того, форма оже-пиков в спектре чувствительна к хим. состоянию атомов, что наиб. четко проявляется в случае переходов с участием электронов валентной зоны (рис. 2).

Концентрацию элемента в пробе можно оценить по интенсивности его пика в оже-спектре. Для этого обычно применяют метод внеш. стандарта (эталона) или безэталонный метод. В первом случае интенсивность I_i пика i-го элемента в оже-спектре пробы сравнивают с интенсивностью I_i, соответствующего пика в оже-спектре стандартного образца или с интенсивностью пика оже-спектра чистого серебра. Концентрацию C_i i-ro элемента рассчитывают по ф-лам: или соотв., где a_i,Ag-фактор элементной чувствительности; a_i,Ag =. В безэталон ном методе расчет ведут по ф-ле:

,где I_j-интенсивность пика j-го элемента в оже-спектре пробы (ji). Погрешность анализа рассмотренными методами составляет 10-15%, а чувствительность при определении разл. элементов варьирует от 0,01 до 1 ат. %.

Толщина анализируемого слоя пов-сти твердого тела определяется глубиной выхода оже-электронов, к-рая зависит от их энергии и, напр., для разных металлов составляет 0,5-2,0 нм. В связи с малой глубиной выхода оже-электронов, загрязнение исследуемой пов-сти адсорбир. атомами вносит существ. погрешность в результаты анализа. Поэтому в спектрометрах создают глубокий вакуум (10^-6-10^-8 Па). Кроме того, оже-спектрометры снабжают ионными пушками (источниками ионов инертных газов), к-рые используют для очистки исследуемой пов-сти и проведения послойного анализа. Оже-спектрометры для анализа газов имеют вакуумную систему, к-рая обеспечивает одновременно относительно высокое давление (1-10 Па) исследуемого газа в камере образцов и низкое давление (~10^-6Па) в измерит. камере.

Оже-эффект открыл П. Оже в 1923; для аналит. целей впервые его использовал Дж. Ландер в 1953.

Лит.: Карлсон Т., Фотоэлектронная и оже-спектроскопия, пер. с англ., Л., 1981; Электронная и ионная спектроскопия твердых тел, пер. с англ., под ред. В. И. Раховского, М., 1981. B.C. Сергеев.