AES (Auger Electrone Spectroscopy = Spektroskopie Augerových elektronů)
je metoda studia povrchů, která je založena na excitaci elektronů z pevné látky. Augerovy elektrony vznikají při deexcitaci atomů, které byly ionizovány na vnitřních hladinách. Následná deexcitace může probíhat dvojím způsobem.
V prvním případě je díra po chybějícím elektronu zaplněna elektronem z vyšší hladiny, přičemž energie, která je rovna rozdílu energií příslušných energetických hladin, se vyzáří ve formě elektromagnetického vlnění. Jelikož jsou příslušné energetické hladiny v atomu (lépe v látce) poměrně vzdáleny, rozdíl jejich energií je vyšší a tedy se jedná o rentgenové záření, které je charakterizováno vyšším kmitočtem. Atom je pak jednou ionizován, jelikož přišel o jeden elektron.
Ve druhém případě se energie elektronu, který zaplnil místo původně vyraženého elektronu, nevyzáří ve formě RTG (toto je zkratka pro rentgenové záření), ale předá se jinému elektronu ve vnitřní slupce a ten je emitován z atomu (látky) ven. Po proběhnutí tohoto procesu je tedy atom ionizován dvakrát, protože přišel o dva elektrony: první mu byl vyražen (způsob jakým způsobem toto vyražení probíhá, nastíníme později) a druhý odlétne s jistou kinetickou energií, protože absorboval energii kterou mu přidal jiný elektron, když zaplňoval prázdné místo po původním vyraženém elektronu.
Rozhodujícím kritériem pro realizaci jedné ze jmenovaných dvou možností je atomové číslo prvku, který pomocí této metody zkoumáme, pro lehčí prvky je dominantní emise Augerova elektronu, s rostoucím atomovým číslem převládá vznik RTG záření.
Excitace můžeme dosáhnout buď ostřelováním atomu (povrchu pevné látky) proudem elektronů, které nazýváme primárními, nebo ozařováním RTG zářením, energie v obou případech musí být dostatečná k ionizaci atomu v pevné látce, tedy musí dojít v vytržení elektronu z vnitřních atomových slupek. V případě proudu elektronů jde o proud přibližně jeden mikroampér, v případě RTG asi o milión fotonů za sekundu. K následnému zaplnění dochází pomocí elektronů z valenčních atomových orbitalů, případně z valenčního pásu v případě pevné látky.
Z výše uvedeného plyne že energie Augerových elektronů nezávisí na energii dopadajících elektronů (fotonů), pouze na tom, z jaké energetické slupky je chybějící místo zaplněno a jakému elektronu se energie předá.
Ačkoli je RTG velmi pronikavé záření a také primární elektrony s dostatečnou energií mohou do látky pronikat hluboko, naším cílem je získat Augerovy elektrony z vrstev velmi málo vzdálených od povrchu (jen několik atomových vrstev), neboť s hloubkou emise sekundárních elektronů roste pravděpodobnost, že elektrony při své cestě k povrchu prodělají neelastickou srážku s ostatními částicemi, při které ztratí část svojí energie a pro naši analýzu jsou již nepotřebné. Na obrázku je ukázán průběh křivky závislosti střední volné dráhy Augerova elektronu v látce na jeho energii.
Ve spojitém spektru sekundárních elektronů jsou Augerovy elektrony superponovány na pozadí nepružně odražených elektronů (to znamená že elektrony při odrazu ztrácí část své kinetické energie), signál Augerových elektronů bývá velmi slabý.
Emise Augerových elektronů je ovlivněna chemickými vazbami excitovaného atomu, to se týká především Augerových elektronů emitovaných z valenčního pásu. Odpovídající vrchol spektra se může posunout i o několik elektronvoltů a může se změnit i tvar spektra. V případě iontových vazeb jsou energie elektronových hladin elektronegativních prvků posunuty směrem k nižším energiím a elektropozitivních prvků směrem k vyšším energiím.
Pro kvantitativní analýzu spekter Augerových elektronů je potřeba stanovit proud Augerových elektronů, který může být definován jako integrál přes odpovídající vrchol v energetickém rozdělení N(E) po odečtení pozadí sekundárních elektronů. Pro odlišení vrcholků příslušejících Augerovým elektronům a elektronů získaných fotoemisí (metoda XPS) si stačí uvědomit, že energie Augerových elektronů nezávisí na energii dopadajících částic (elektronů nebo fotonů), proto při změně této energie se fotoemisní píky ve spektru příslušným směrem posunou, zatímco píky příslušející Augerovým elektronům zůstanou na místě. K vyhodnocení koncentrace měřených prvků by bylo třeba ještě znát účinné průřezy pro ionizaci a výtěžek Augerových elektronů. Další komplikací může být mikroskopická nerovnost povrchu, obecně platí, že atomárně rovný povrch se lépe vyhodnocuje z hlediska jeho složení. Naměřené hodnoty porovnáváme s předem známými standarty jednotlivých prvků.
Tato metoda tedy dává informace o chemické složení povrchových vrstev do hloubky několika nanometrů. Povrch nesmí být během měření kontaminován, tato technika tedy vyžaduje ultravysoké vakuum ve vakuové aparatuře. Vzorek bývá před vlastním měřením zbaven adsorbovaných plynů, což lze zařídit ohřevem na vysokou teplotu, eventuálně iontovým bombardováním.
Primární elektronový svazek je získáván v elektronové trysce, čímž je zabezpečena dobrá fokusovatelnost svazku (jeho zaostření), případně jeho rastrování. Energetické spektrum Augerových elektronů je měřeno energetickými analyzátory, používají se dva typy – analyzátor s brzdným polem (RFA – Retarding Field Analyser), který se užívá nejčastěji s metodou LEED a analyzátor cylindrický (CMA - Cylinder Mirror Analyzer). Analyzátorem Augerových elektronů lze vybavit i rastrovací elektronový mikroskop, čímž získáme vhodnou kombinaci více analytických metod.
Aparatura složená z AES a LEED je k vidění na našem pracovišti na KEVF
Pomocí této metody lze dobře studovat jevy probíhající na povrchu pevných látek, jako jsou sorpce a desorpce, oxidace, katalytické reakce a podobně. Jako rastrovací metoda dovolí AES zobrazení rozložení jednotlivých prvků na povrchu pevné látky, což je vhodné v mikroelektronice a v metalografii. Metodou AES mohou být studovány i povrchy polovodičů. Je-li současně užito odprašování iontovým svazkem, je možné měřit koncentrační profily. Kombinace AES a ISS dovolí snadnější kvantifikaci porovnáním obou metod.
Copyright (c) 2004 KEVF. All rights reserved.