14.6. Вторичные излучения

В большинстве случаев вариации интенсивностей в картинах К-линий могут рассматриваться как результат изменения эффективного коэффициента поглощения при условии динамической дифракции. Процесс поглощения часто включает в себя эмиссию вторичного излучения, и интенсивность вторичного излучения будет также флуктуировать с направлением падающего пучка.

Яркий пример этого можно видеть на микрофотографиях поверхностей монокристаллов, полученных в сканирующем электронном микроскопе; впервые такие изменения наблюдал Коутс [56] и обсудил Букер и др. [27] (см. также [28].) Сканирование пучка обычно делается так, чтобы пучок проходил через центральную точку конечной линзы. Тогда по мере того, как пучок будет обегать поверхность, угол падения на поверхность кристалла будет меняться. Когда пучок падает под углом, близким к углу Брэгга для сильного отражения, эффективный коэффициент поглощения уменьшается и первичный пучок глубже проникает внутрь кристалла. В результате уменьшается число вторичных электронов, образующихся достаточно близко к поверхности, чтобы они могли покинуть кристалл и быть зарегистрированными. Следовательно, изображение, которое формируется при индикации сигнала, полученного при сборе вторичных электронов, будет весьма напоминать картину линий, возникающую при обращении дифракционной картины, полученной в эксперименте на прохождение широкоуглового сходящегося пучка через монокристалл, или с небольшими отличиями картину кикучи-линий.

Интенсивность излученных вторичных электронов зависит от пути, которым первичные электроны проникают в кристалл, и пути, по которому они рассеиваются обратно к поверхности. Для того чтобы добиться разумного согласия с экспериментальными наблюдениями, Хэмфри и др. [223] предложили и уточнили [224] приближенную теорию, использующую поведение отдельных блоховских волн. Особый интерес вызывает возможность определять дефекты на поверхностях массивных кристаллов, используя то возмущение, которое они вносят в процесс рассеяния. Меняя сочетания падающего и вторичного излучений, можно получить много

интересных результатов. Например, в случае падения электронов или рентгеновских лучей в принципе можно обнаружить характеристическое рентгеновское излучение, обязанное отдельным атомам (разд. 9.3). Распределение интенсивности падающего пучка в кристалле определяется динамическим рассеянием всеми атомами кристалла. Вторичное излучение дает только один тип атомов, и его интенсивность будет зависеть от положения атомов этого типа в элементарной ячейке. Таким образом, эти наблюдения могут быть использованы и в целях структурного анализа и для локализации дефектов или примесных атомов в элементарной ячейке [84].

Аналогичные наблюдения были сделаны в отношении каналирования быстрых заряженных частиц. В этом случае вторичными излучениями могут быть рентгеновские или -лучи, или частицы, полученные в ядерных реакциях. Эти реакции в сильной степени определяются типом ядер, и интенсивность излучения зависит от четко определенных положений внутренних электронных оболочек или ядер.

Если падающие частицы каналируются в основном между плоскостями атомов, примесный атом, лежащий в этих плоскостях, будет защищен от падающего излучения и для него эмиссия вторичного излучения будет маловероятна. Но если он лежит между плоскостями, вероятность эмиссии возрастает. Следовательно, интенсивность вторичного излучения можно использовать для обнаружения и локализации атомов примеси, и чувствительность такого метода будет высока.

Например, Кэрнс и Нелсон [47] обнаружили излучение от и -излучение от когда пучок протонов падал на кристалл кремния, в который был добавлен сурьмы. Тот факт, что оба регистрируемых вида излучения дали одинаковый провал интенсивности при каналировании протонов, подтвердил, что атомы образуют твердый раствор замещения. Как полагают, в этом случае можно обнаружить и локализовать один атом примеси, приходящийся на атомов основной решетки.