Спектроскопия полного тока

Спектроскопия полного тока (СПТ) — интегральный метод вторично-эмиссионной спектроскопии.

Основан на измерении полного (или интегрального) тока вторичных электронов в зависимости от энергии первичных электронов. Спектроскопия полного тока относится к низкоэнергетическим методам вторично-эмиссионной спектроскопии (энергия падающих электронов меняется в пределе от 0 до 30 эВ).

Общая информация

В спектроскопии полного тока измеряется зависимость тока в цепи образца от энергии падающих электронов при поддержании постоянного тока первичных электронов. Экспериментально в методе СПТ измеряется первая производная от тока в цепи образца по энергии падающих электронов.

Для экспериментальной реализации спектроскопии ПТ в простейшем случае необходима измерительная схема, показанная на рис. 1. Сфокусированный монокинетичный пучок электронов с помощью электронно-оптической системы направляется на поверхность образца. В пространстве между формирующей системой и плоским образцом электроны движутся в однородном тормозящем поле и приходят на образец с энергией, определяемой потенциалом смещения. Первичный электронный ток I1, определяется по значению тока, который образуется между катодом электронной пушки и исследуемым образцом. При взаимодействии первичных электронов с мишенью, часть электронов отражается и создает ток вторичных электронов I2, а часть остается в мишени и дает вклад в ток, проходящий через образец I. Токовый баланс запишется в виде:

I1 = I + I2

Поскольку при изменении величины задерживающего поля над образцом относительные потенциалы электростатической системы сохраняются, первичный электронный пучок не теряет фокусировку, и ток I1 остается неизменным по величине [270; С. 456-462]. Принимая во внимание этот факт, видно, что можно судить о величине вторичного тока электронов I2, измеряя ток в цепи мишени I:

I = I1 - I2 I1 = const.

Подавая небольшое (0,1  0,2 В) синусоидальное напряжение частотой на катодный узел, можно промодулировать первичный пучок по энергии, а с помощью системы синхродетектирования выделить первую производную от тока в цепи образца. Тогда выражение для токового баланса запишется в виде:

Таким образом, спектр ПТ S(Ер) представляет собой производную от тока в цепи мишени по энергии падающих электронов. Целый ряд работ, выполненных с использованием метода спектроскопии ПТ по изучению диэлектриков, полупроводников и металлов показали, что спектры ПТ обладают характерной для каждого вещества тонкой структурой в низкоэнергетической области (0  15 эВ) В работах [1] на основе анализа энергетических зависимостей упругого и неупругого отражения электронов от поверхности твердого тела, принимая во внимание влияние неупругого взаимодействия на интенсивность упругого отражения, были разработаны модельные представления о формировании сигнала спектроскопии ПТ. Это позволило однозначно связать структуру спектров ПТ с особенностями плотности электронных состояний валентной и свободной зон исследуемого объекта.

Литература

• Комолов С.А. Интегральная вторично-электронная спектроскопия поверхности. — Л.: изд. ЛГУ, 1986.