Auger Electron Spectroscopy (AES)

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Auger Electron Spectroscopy (AES)"

Radek Mašek
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 Auger Electron Spectroscopy (AES)

2 Přehledná tabulka a. tech.

3 Princip Obvyklý popis hladin viz diagram čísla komponent KLM.. např. L23 representuje L2 i L3 spin. štěpení Nelze pro H a He, ale lze hydridy kovů

4 Princip elektron ze zdroje (cca 2 až 30 kev) ionizuje a tak vyrazí elektron z K. Co se stane s vzniklou dírou?

5 Relaxace zaplní se a to elektronem z vyšší hladiny co se stane s jeho přebytkem energie vyzáří se jako foton to je fluorescence vyrazí další elektron to je Augerův proces

6 Augerův proces v našem příkladu elektron z L1 spadne na K a současně jeho přebytek energie umožní překonání vazebné energie, přebytek si ponese jako energii kinetickou. Zbylou kinetickou energii tedy spočteme jako KE = EK (EL1 + EL23), tedy je nemožné říct, který elektron zaplnil původní díru a který se uvolnil, jsou nerozlišitelné. Výsledkem je 2krát ionizovaný atom.

7 Augerův proces ještě jednou

8 Augerův proces charakterizujeme popisem pomocí polohy počáteční díry a poloh obou děr v konečném stavu existence různým elektronových stavů povede k vzniku jemné struktury ve spektrech

9 Vlastnosti povrchově citlivá metoda elektrony musí opustit vzorek bez srážky elektronový svazek lze dobře fokusovat, tedy lze analyzovaná plocha může být malá i jen třeba 20 nm v průměru to je rozdíl oproti X-ray ty lze fokusovat obtížně

10 Nastavení polohy vzorku obvykle nejprve opticky pomocí kamery pak často lze použít SEM vestavěný do AES přístroje (el. dělo tam už je stačí jen přidat detektor a řídící elektroniku) také lze měřit proud na vzorek nebo intenzitu vyzářených elektronů na stejné energii jako primární svazek Pozn. Detektor SE je jen elektroda na HV vcelku daleko od vzorku viz SEM

11 Příklad Pd možné procesy KL1L1, KL1L23 KL23L23 některé jsou slabé jiné silné každý element charakteristické spektrum Použity elektrony 2.5keV Hlavní píky 220 a 340 ev Pozadí způsobeno elektrony z neelastických procesů

12 Spektra presentují se buď v normální podobě nebo jako první derivace pro snadné vyhledání poloh píků

13 Přímá spektra elektrony 10 kev analyser 0.5 ev krok Kontaminovaná W folie v režimu FRR (konstantní zpomalování svazku) rozlišení energie 0.6 % v režimu CAR (konstantní rozlišení analyzátoru) rozlišení energie 1 ev

14 Derivované spektrum elektrony 10 kev analyser 0.5 ev krok Kontaminovaná W folie v režimu FRR (konstantní zpomalování svazku) rozlišení energie 0.6 % v režimu CAR (konstantní rozlišení analyzátoru) rozlišení energie 1 ev

15 Kvalitativní analýza podle kinetické energie píků a tabulky pomocí referenčních spekter pozor na kalibraci kinetické energie a na nabíjení vzorku, způsobí posun píků. kinetické energie a relativní poměry intenzit se budou drobně ( jednotky ev) lišit pro různé přístroje

16 Příklad - kovy elektrony 5 kev krok analyzátoru 1eV FRR s 0.6 % doba snímání spektra cca 2 minuty Ar čištěné folie přímé spektrum sejmuto s pulzním čítáním

17 Příklad - kovy elektrony 5 kev krok analyzátoru 1eV FRR s 0.6 % doba snímání spektra cca 2 minuty Ar čištěné folie přímé spektrum sejmuto s pulzním čítáním

18 Kinetická energie - Z jen pro CMA typ přístroje viz dále

19 Chemické efekty posun kinetické energie změny s rozdělení elektronů zejména pokud v procesu relaxace budou zapojeny valenční elektrony vazby kov kov nebudou měřitelné vazby kov kyslík a to i jen adsorbovaný v jedné monovrstvě způsobí posun větší než 1 ev objemový oxid velký posun oproti kovu

20 Příklad Spektrum uhlíku v karbidu molibdenu karbidu křemíku grafitu

21 Příklad Ti opravdu jen databáze není to jako XPS, tří elektronový proces je složitý

22 Příklad - katalyzátor 0.2% Pd na Al2O3 s přídavkem Cr a Mo

23 Přehled C KVV pro různé uhlíkové sloučeniny citlivost na sp, sp2 a 3 sp je zřejmá na CH4, C2H4 a C2H2 vpravo pak je vidět, že délka molekuly nemá na spektrum vliv

24 Příklad sintrované kuličky 1 mm R. Moore, G. L. Grobe, J. Gardella, JVST, A9 (3), May-June 1991,

25 Vliv elektronového svazku (a)co adsorbované na Ni (b)po 10 minutách pod el. 1 kev s 1 ma mm2 (c)po 40 minutách

26 Ztrátové píky Když vyražený elektron má energii Eb a elektron ve zdrojovém svazku má Ep, tak mu po srážce stále zůstane energie Ep-Eb. To se projeví jako skok v N(E) v derivovaném spektru. U kovů bude nepatrné vlivem plazmonů

27 Plazmony v kovech lze pozorovat plazmony povrchové (P) a v objemu (B) jak pro primární svazek tak i pro Aug. elektrony

28 Příprava vzorů zbytek po dýchnutí na leštěné Si

29 Zdroj elektronů buď žhavené vlákno nebo autoemise průměry svazku na vzorku od 5 nm

30 Měření nevodičů snížením energie primárního svazku využijeme zvýšení sekundární emise el. případně i snížení hustoty zmenšením úhlu dopadu opět nárůst sekundární emise el. nanesením vodivé vrstvy (položení mřížky) v blízkosti měřeného místa

31 Přístroje

32 Přístroje

33 Kvantitativní analýza 1 Objem z kterého vyletují Augerovy elektrony je dán průměrem d primárního svazku a energií Ep a vyletují elektrony z Augerova přechodu ABC v prvku x, Kde Ip(E,Z) je hustota toku excitovaných elektronů, sx(e,ea) je účinný průřez pro ionizaci elektronů na orbitalu A, Nx(Z) je atomová hustota prvku x v hloubce Z pod povrchem, exp(-z/l) je pravděpodobnost vyletění Augerových elektronů, l je střední volná dráha elektronů v závislosti na mřížce, gx(abc) je pravděpodobnostní faktor Augerova přechodu ABC.

34 Upravíme kde IB(E,Z) je tok excitovaných zpětně odražených elektronů, lp je proud primárních elektronů. Pak detekovaný tok Augerových elektronů můžeme napsat jako kde RB je faktor zpětného odrazu a je přenosová funkce analyzátoru (závisí na energii). Tedy, ze známého účinného průřezu pro ionizaci, Augerovského výtěžku a faktoru zpětného odrazu uděláme kavantitativní analýzu podle rovnice výše.

35 Kvantitativní analýza 2 Lze také ze známého účinného průřezu pro ionizaci, Augerovského výtěžku a faktoru zpětného odrazu uděláme kavantitativní analýzu podle rovnice výše. Kde koncentrace prvku x v neznámém vzorku, Nxu je vstaženo ke koncentraci ve standardu, NxS dle rovnice Výhodou je, že nepotřebujeme znát účinný průřez pro ionizaci a Augerův výtěžek, pak Augerův proud je zjednodučen na relativní měření. Ale musíme mít standard.

36 Kvantitativní analýza 2 A pokud předpokládáme homogenní rovné vzorky, lze postupovat jako u XPS

37 RSF pro 10 kev elektrony

38 Kvantitativní analýza příklad odstranění pozadí s ohledem na fyzikální procesy

39 Hloubkové profilování lze ve spojení s odprašováním iontovým dělem Postupně odprašujeme a měříme jako u XPS

40 Mikroskopie Elektronový svazek lze snadno vychylovat Takže v každém místě sejmeme spektrum a pak v počítači máme prvkové mapy tj. Obrázky rozložení prvků na povrchu

41 Mikroskopie Někdy ale není kontrast dobrý, různé přístupy: Peak to peak, nebo složitější Někdy je i interpretace obtížnější Zlatá mřížka na stříbře

42 Různé metody určení kontrastu

43 Literatura _2.htm Briggs, Grant, Surface analyses by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, IM Publications, 2003, ISBN CasaXPS Manual Rev 1.2

Podobné dokumenty

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic

Emise vyvolaná působením fotonů nebo částic PES (fotoelektronová spektroskopie) XPS (rentgenová fotoelektronová spektroskopie), ESCA (elektronová spektroskopie pro chemickou analýzu) UPS (ultrafialová