6.3. Глубина выхода электронов и исследуемый объем вещества

Для количественного анализа поверхности важно определить глубину выхода электронов: расстояние, которое электроны вполне определенной энергии могут пройти без потерь энергии (рис. 6.2). Падающее излучение, будь то фотоны или электроны, обладает достаточно высокой энергией для глубокого проникновения в твердое тело, далеко за пределы области выхода электронов с характеристическими энергиями. Электроны, которые испытывают неупругие столкновения и теряют энергию при движении от точки ионизации к наружной поверхности, покидают твердое тело с меньшей энергией и дают вклад в фон или в «хвост» сигнала, который может тянуться на несколько сотен электронвольт вниз от главного пика.

По аналогии с соображениями, которые используются в экспериментальных методиках, предназначенных для определения глубины выхода, мы представим вещество как источник электронов с интенсивностью потока и строго определенной энергией и рассмотрим тонкую поглощающую пленку на поверхности вещества. Любое неупругое столкновение в

Рис. 6.2. Схема возникновения характеристических электронов в глубине твердого тела при падении фотонов высокой энергии на поверхность. Только электроны, возбужденные вблизи поверхности, могут выйти из твердого тела без потери энергии — налетающие фотоны с энергией — глубина выхода характеристических электронов.

пленке выводит электроны из группы частиц с энергией . Пусть сечение неупругого столкновения равно а, в 1 см3 пленки содержится N рассеивающих центров. Если интенсивность потока электронов в пленке обозначить через , то начальную группу покидают электронов в расчете на один рассеивающий центр, а убыль электронов на слое толщиной dx равна

что дает

Средняя длина свободного пробега X по определению связана с сечением рассеииия соотношением

что позволяет переписать (6.1) в виде

Таким образом, число электронов, которые могут выйти на поверхность поглощающей пленки, экспоненциально убывает с толщиной пленки. В этом описании мы рассматриваем среднюю длину свободного пробега как синоним глубины выхода и обозначаем обе величины одним и тем же символом X. Выход электронов с заданной энергией из твердого тела, возбуждаемого равномерно по глубине, задается интегралом так что толстый слой вещества проявляет себя как непоглощающая мишень толщиной X.

Для определения ослабления потока электронов производится мониторирование сигнала образовавшихся в подложке электронов как функции толщины нанесенных внешних слоев различных металлов. На рис. 6.3, а

Рис. 6.3. а — ослабление потока оже-электронов из кремния (LVV-переход, 92 эВ) как функция толщины Ge-покрытия [10]. Длина свободного пробега электронов в Ge равна примерно 5 А. Покрытие германием производилось при 300 К; б — ослабление двух разных потоков оже-электронов из германия как функция толщины кремниевого покрытия [10]. 1- LVV-перехоц, 1147 эВ; 2- MVV-переход, 52 эВ.

Рис. 6.4. Универсальная кривая зависимости длины свободного пробега электронов от энергии Е [11].

показана относительная интенсивность потока оже-электронов с энергией 92 эВ из кремния как функция толщины германиевого покрытия. Толщина германиевого слоя определялась методом обратного рассеяния Резерфорда (гл. 3). Данные рис. 6.3, а свидетельствуют об экспоненциальном затухании интенсивности с ростом толщины германиевой пленки, причем длина затухания X эквивалентна (атомов Ge)/cм2, т. е. равна . Ослабление потока электронов зависит от величины характеристической энергии выходящих электронов. Рис. 6.3, б демонстрирует различие в ослаблении двух потоков оже-электронов из германия с энергиями 1147 эВ (-переход) и 52 эВ (-переход) соответственно; в обоих случаях уменьшение интенсивности представлено как функция толщины покрытия кремнием. Длины свободных пробегов эквивалентны величинам соответственно. Терминология, применяемая для обозначения оже-переходов, обсуждается в гл. 11.

Полученные значения средних длин свободного пробега хорошо согласуются с результатами других измерений этих величин, которые представлены на рис. 6.4. Результаты экспериментов свидетельствуют, что средняя длина свободного пробега зависит от энергии и имеет пологий минимум, расположенный вблизи 100 эВ. Средняя длина свободного пробега до некоторой степени нечувствительна к веществу, в котором движутся электроны. Такие графики зависимости средней длины свободного пробега получили название «универсальных кривых».