Методы электронной спектроскопии для химического анализа твердых тел

1.

Методы электронной спектроскопии
для химического анализа
твердых тел
Д.Е. Николичев

2.

Методы электронной спектроскопии – методы, в основе которых лежит определение
кинетической энергии (скорости) электронов
Кинетическая энергия определяется физическими процессами, произошедшими в атоме при
воздействии на него первичного излучения
-
-
+
+
Электронная структура каждого атома уникальна. Спектр энергии атома – «отпечаток его пальца»

3.

Электронная Оже-спектроскопия
ур. вак.
ур. вак.
EF
EF
М и т. д.
М и т. д.
0
L*2,3
L1
первичный
электрон
E
Е ЕК
или
фотон
K
K
EKL* L* EK EL* EL*
1 2
L*2,3
L1
1
2

4.

Рентгеновская
фотоэлектронная спектроскопия
Ультрафиолетовая
ОЭ (II)
вакуум
V
Возбуждающее
излучение h
M и т.д.
L2,3
ФЭ (I)
L1
ХРИ (III)
K
Em h EK A

5.

Оже- и фотоэлектронные спектры
Упругорассеянные
электроны (BSE)
Низкоэнергетичные
вторичные электроны (SE)
Оже-электроны
Неупругий фон
0 50
Ep
Eкин, эВ

6.

Взаимодействие электронного пучка с поверхностью образца
электронный зонд
5–50 нм
1
9
10
2
0,5–5
мкм
3
4
1–10
мкм
7
1–15
мкм
5
8
6
0,25–2,5 мкм
5–10 мкм

7.

Полусферический анализатор энергий электронов
Полусферические линзы
Выходная
щель
Входная
щель
+
V0
s
ВЭУ
Промежуточная
линза
Входная линза
Образец

8.

Послойный анализ с ионным распылением
возбуждающее излучение
электроны, фотоны
Ar+
У
ВЭ
Ar+
атомы
материала

9.

Концентрация, ат. %
80
0
0
20
40
60
80
Глубина, нм
100
подложка
Si
SiOx 16 нм
ZrO2 2 нм
ZrO2 2 нм
SiOx 8 нм
SiOx 8 нм
ZrO2 4 нм
SiOx 12 нм
ZrO2 4 нм
SiOx 16 нм
ZrO2 4 нм
SiOx 16 нм
ZrO2 8 нм
SiOx 10 нм
100
60
40
O
Zr
Si
20
120
140

10.

Послойный анализ. Общее расположение компонентов в вакуумной камере
Анализатор
поз. 1
Ионный
пучок
Проекции
входной
щели
2
1
материал 1
материал 2
образец с кратером травления
Интенсивность ФЭ-линии от компонента 1
поз. 2
реальный профиль
сильноточная
электронная
пушка NGE-51
ВЭУ
растровая
электронная
колонна
SEM-20
позиция 1
ионная
пушка
ISE-10
Y
позиция 2
глубина
Z
X
Диаметр области
сбора 3 - 6 мм

11.

Концентрация, ат. %
60
0
0
20
40
60
80
Глубина, нм
100
Буфер GaAs
InGaAs 8 нм
GaAs 60 нм
GaMnAs 40 нм
70
50
40
30
20
Ga
As
In
O
C
Mn
10
120
140

12.

100
1
Концентрация, ат.%
90
80
Si
70
60
1
50
40
Ga
Mn
30
As
20
10
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Глубина, нм
100
2
Концентрация, ат.%
90
80
3
70
60
2
50
Mn
40
Si
30
Ga
As
20
РЭМ-изображение поверхности структуры Si:Mn/GaAs:
1, 2 – каплеобразные дефекты, 3 - бездефектная область
10
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Глубина, нм
100
100
3
80
Si
70
60
50
40
Mn
30
20
10
0
0
Ga
As
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Глубина, нм
РФЭС
90
Концентрация, ат.%
Концентрация, ат.%
90
80
Mn
70
60
50
Ga
40
O
30
Si
As
20
10
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Глубина, нм

13.

14.

Химический сдвиг

15.

вся химическая
структура
химанализ и
структурные св-ва
анализ химических
связей и состояния
элементный
анализ
ВИМС
ПЭМ
наноЭСХА
+
РЭДС,
СХПЭЭ
и др.
СОМ
СТМ
свойства материала
(напр. плотность)
АСМ
БСОМ
простой контраст
(напр. топография)
0,1 нм
1 нм
10 нм
100 нм
1 м
Пространственное разрешение
10 м
100 м