Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál

Transkript

1 Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál

2 ty i hlavní typy nepružných srážkových proces pr chodu energetických elektron hmotou: p i excitace vni ních hladin atom excitace elektron z valen ního (vodivostního) pásu excitace plazmon excitace fonon Princip elektronových spektroskopií, Auger v jev Princip metody AES, vybrané p íklady Princip elektronové mikrosondy, vybrané p íklady Princip spektroskopie prahových potenciál

3 Interakce elektron s povrchem SEM Elektronová mikrosonda SEM APS AES CL TEM

4 Interakce elektron s povrchem

5 Monte Carlo simulace pr chodu elektron tenkou vrstvou R Dob h elektron ( µ ) M = E 0.89 ρ Z... hustota v g/cm3 Z... atomové íslo M... atomární hmotnost E... energie

6 Energetické rozd lení sekundárních elektron ~5 ev

7 Princip elektronových spektroskopií, Auger v jev

8 Excitace vnit ních elektronových hladin Energie Augerova elektronu charakteristická pro daný prvek Li - U E = E E E KL L K L L I III I III Charakteristická energie rtg. zá ení Na - U E = E E Kα K L 1 E = E E Kα K L 2 III II

9 Energie Augerovských elektronů

10 Pravděpodobnost Augerovského přechodu Srážkový pr ez w... typicky E w... vazebná energie vnit ní vakance C... konstanta závislá na vnit ní hladin w σ w = E 0 C E konst. E w 2 w

11 Augerovy elektrony vytvářené zpětně odraženými elektrony I Auger =I 0 +I M =I 0 (1+r M ) r M... koeficient zp tného odrazu

12 Úniková hloubka Neelastická st ední volná dráha A λ = + 2 E B E Pro prvky: A=538 B=0.21 Pravd podobnost, že elektron urazí dráhu x mezi dv ma nepružnými srážkami P x exp λ

13 Chemický posuv Obtížn jší interpretace než u XPS

14 Základní ásti AES spektrometru

15 Analyzátory elektron brzdné, deflek ní elektrostatické

16 Typy analýz 1. Bodová analýza... p ehledové spektrum 2. Lineární profil 3. 2D chemické mapování SAM (Scanning Auger Microprobe) 4. Hloubkové koncentra ní profily

17 P ehledové spektrum AES m di

18 Lineární profil p es okraj kráteru

19 2D chemický profil rastrovací Auger (SAM) SAM supravodivého svazku drát Sn-Nb slitiny. (a, b) SEM, (c) Sn, (d) Nb

20 AES hloubkový profil 30 nm Ta 2 O 5 /Ta Vzorek byl odprašován ionty Ar+

21 Kvantitativní analýza z I = I σγ ( 1+ r ) T ( E) D( E) c ( z) exp λ cosθ A 0 M A 0 pravd p. Augerova p echodu transmise ú innost detektoru konc. úhel emise

22 AES Citlivost % pro prvky Li U Reprodukovatelnost < 5% Rozlišení chemických map (SAM) lepší než 50 nm Semikvantitativní (p esnost < 50% bez kalib. Standardu) Informace o chemickém stavu (v omezené mí e) Nevýhody Nevodivé vzorky obtížné m it

23 AES vs. XPS XPS a AES jsou vzájemn se dopl ující metody Poskytují podobný typ informace AES má podstatn vyšší stranové rozlišení (SAM) XPS chemické posuvy jsou tabelovány p ímo ará identifikace chemickéhé stavu povrchu. AES chemické posuvy jsou mén výrazn jší rentgenovské zá ení je mén destruktivní než elektronový svazek

24 Elektronová mikrosonda EDS elektronov disperzní spektroskopie WDS vlnov disperzní spektroskopie Ob varianty se liší detek ní ú inností a rozlišovací schopností

25 Elektronová mikrosonda

26 EDS

27 WDS

28 Porovnání rozlišovací schopnosti WDS a EDS

29 Druhy analýz elektronové mikrosondy 1.Bodová 2.2D chemická mapa

30 EDS spektrum

31 2D chemická mapa chondritického meteoritu

32 Spektroskopie prahových potenciál (Appearance Potential Spectroscopy) Ur ování energie E 0, p i které dojde k detekci produktu deexcitace /relaxace atomu monitorování neobsazených stav SXAPS m AEAPS m DAPS m ení prahové energie pro detekci rtg. zá ení ení prahové energie pro detekci Augerova el. ení zeslabení svazku elektron

33 SXAPS (Soft X-Ray Appearance Potential Spectroscopy) SXAPS spektrum polykryst. Fe Píky odpovídají excitaci hladin Fe L 3 a L 2

34 AEAPS (Auger-electron Appearance Potential Spectroscopy) AES a AEAPS spektra nerezové oceli

35 DAPS (Disappearance Potential Spectroscopy) DAPS spektra vanadu v okolí L-slupky

36 APS Identifikace prvk (podle poloh pík ) Z prahové energie lze spo ítat vazebnou energii Chemický posuv lze korelovat se zm nami vezeb Intenzita signálu je úm rná hustot neobsazených stav na Fermiho energii Studium elektronické struktury povrch PL