загрузка...
 
1.3 Непружне розсіювання
Повернутись до змісту

1.3 Непружне розсіювання

Для непружного розсіювання характерним є те, що у результаті взаємодії енергія електрона пучка змінюється, хоча напрям його руху фактично не змінюється (jн << jп, де jн – кут для непружного розсіювання). Існує багато можливих наслідків непружного розсіювання. Коротко зупинимося на деяких основних.

Збудження плазмонів. Електронний пучок може збудити хвилі у “вільному електронному газі”. Це дуже ймовірний процес непружного розсіювання, оскільки для збудження плазмонів потрібно передати енергію 10-20 еВ.

Збудження електронів провідності. Енергія, яка передається від електронного пучка, достатня для забезпечення роботи виходу електрона, що знаходиться у зоні провідності твердого тіла, за поверхню зразка. Такі електрони отримали назву вторинних. Більшість із них має енергію до 50 еВ. Сигнали від вторинних електронів використовуються у растровому електронному мікроскопі.

Iонiзацiя внутрішніх оболонок. Електрони, що мають достатньо високу енергію, при взаємодії з атомами можуть вибити зв’язані електрони, якi знаходяться на внутрішніх оболонках атомів. Це призводить до переведення атомів у збуджений стан. Унаслідок релаксації відбувається випромінювання рентгенівських квантів та оже-електронiв. Сигнали від характеристичного рентгенівського випромінювання використовуються для рентгенівського мікроаналізу, а від оже-електронiв – для аналізу елементного складу твердого тіла.

Гальмівне (безперервне) рентгенівське випромінювання. Електрон пучка з високою енергією може гальмуватися у кулонівському полі атома. Різниця між енергією електрона до i після гальмування виділяється на випромінювання рентгенівського кванта. Таке рентгенівське випромінювання отримало назву гальмівного. Енергія рентгенівських квантів може набувати будь-якого значення від 0 до енергії пучка. З цієї причини дане випромінювання отримало назву безперервного, а спектр, відповідно, – безперервний. Воно не становить цінності як сигнал для мікроскопії та мікроаналізу.

Збудження фононів. Значна частка енергії, яка передається електронами пучка твердому тілу (кристалу), йде на збудження коливань кристалічної решітки (фононів). Іншими словами, енергія йде на нагрівання твердого тіла. У випадку, коли пучок падає на масивну мішень, то ділянка, якій електрони віддають свою енергію, має надійний тепловий контакт із рештою зразка. За рахунок відтоку тепла від місця падіння пучка температура мішені фактично не змінюється. Наприклад, для струмів пучка порядку 1 нА, який падає на масивний зразок, спостерігається підвищення температури приблизно на 10 К. Для пучка зі струмом 1 мкА, або коли зразок достатньо тонкий, має місце істотний нагрів мішені. Нагрів електронним пучком, що має високу густину струму, використовується у технології електронно-променевого випаровування, зварювання та плавлення.

Розрахунок втрати енергії при непружних процесах електроном пучка у твердому тiлi є достатньо складним. Існує ряд теоретичних моделей, що описують цей процес. Найбільше поширення знайшла модель німецького фізика Бете, який на основі квантового підходу отримав вираз для швидкості втрати енергії при проходженні електроном твердої мішені. Співвідношення Бете має такий вигляд:

,(1.4)

де – швидкість втрати енергії, (кеВ/см); Е – середня енергія електрона на шляху (кеВ);  – заряд електрона; – середній потенціал іонізації; знак “–” вказує на те, що енергія електрона зменшується.

Середній потенціал iонiзацiї показує, яку енергію втрачає електрон за один акт взаємодії, та визначається за формулою

      , кеВ.    (1.5)

Дана формула враховує всі можливі процеси втрати енергії.

Координата х у спiввiдношеннi (1.4) визначається на прямій лінії вздовж траєкторії руху електрона. Насправді траєкторія електрона відрізняється від прямої лінії. У зв’язку з цим при розрахунку втрати енергії у спiввiдношеннi (1.4) потрібно вводити поправку на зміну траєкторії. Якщо розрахунок втрат енергії ведеться для тонкоплiвкових зразків, то поправку на траєкторію у спiввiдношення Бете не вводять.

Часто спiввiдношення Бете виражають через гальмівну здатність (S)

      .   (1.6)

Процеси пружного та непружного розсіювання конкурують між собою. За рахунок пружного розсіювання електрон відхиляється від первинного напрямку руху i дифундує в тверде тіло. Непружне розсіювання зменшує енергію електрона доти, поки вона не стане такою, як енергія вільних електронів у кристалі. Зменшення енергії призводить до обмеження області зразка, в яку може проникнути електрон пучка.

Область твердого тіла, де електрони пучка втрачають свою енергію, отримала назву області взаємодії.

Для коректної обробки результатів досліджень за допомогою приладів з електронним зондом потрібно знати форму та розміри області взаємодії, а також залежність їх від параметрів мішені й пучка.



загрузка...