Введение
СОДЕРЖАНИЕ
5
1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия как метод исследования поверхности и объема............................................
1.1 Основы качественного и количественного олемснгної о анализа.....
1.2 Конструктивные особенности penn сионского фотоэлектронною микрозонда r.SCAl.AB 250............................................
1.2.1 Элскфонпо-опшчсскис свойства полусферического дефлектора фоюэлектропиого микрозоида ESCALAB250
1.2.2 Регистрация и обработка спектров.........................
1.3 Влияние зарядки образца на форму спектров.......................
1.4 Полю гонка поверхности монокристалличееких образцов.............
2 Электронное строение монокристаллов и керамики Ес-содсржащих мулы иферроиков.....................................................
2.1 Крисіалдичсская структура и меюды получения образцов............
2.2 Оствпыс уровни и валстпыс полосы монокрисіаллов ВіРеОз и гемаїиіа и-РсгОз....................................................
2.3 Валентные полосы монокристаллов РЫ'сц^МЬ^Оз в сегнеіоалск-тричсском и иараэлектричееком состояниях............................
2.4 Валентное состояние атомов Ре в монокрисі аллах ВіРсО*. РЫ Ci/2Nb|/203 и керамике BaFe^Nbi^O-;: экнеримепт и теория.........
2.4.1 Спектры Ре 2/?-у ровней монокристаллов ВіГсО, и
1>Ы c,y2Nb,/203 ....................................................
2.4.2 Спектры 1'сЗл-уровнсй монокристаллов ВіРсО, и
l>bl'C,/2Nb,/2Ü3...................................................
2.4.3 Спскфы РсЗ/?-уровнсй монокрисіаллов ВіРсОз и
Pbl-с i/2N b 1/2О3..................................................
12
14
19
24
27
29
35
39
39
41
54
63
64
69
72
2
2.4.4 Спскфы 1;с2/>уровней керамики 13а 1-'с 1/2!^Ь1/2О3 с кислородными вакансиями....................................................... 75
3 Элсюропнос строение монокристаллов Мп-содсржащих мультиферрои-ков................................................................... 82
3.1 Получение, кристаллическая структура, подготовка и кош роль качества поверхности монокристаллов УМпОз и /?Мп205.................. 82
3.2 Расщепление МпЗ<7-у ровней в кристаллических нолях основных сфукгуриых единиц монокристаллов УМпОз и ЛМП2О5................... 88
3.2.1 Валентная полоса УМпОз.................................. 90
3.2.2 Валентная полоса УМтьО^................................. 93
3.2.3 Валепшая полоса В1МпгО$................................. 95
3.2.4 Валентная полоса ВиМгъО*................................ 98
3.2.5 Валепшая полоса 0(1Мп205................................... 101
3.3 Валентное состояние атомов переходных и редкоземельных элс-мешов в монокристаллах ЯМгиО5 (Я - У, 131. Пи. 0(1): экснсримсн I и
I сорим........................................................... 104
3.3.1 Спектры Мп2р- и МпЗл--уроннсй в монокристаллах ЯМп205 104
3.3.2 Снеюры 0(14.9- и Ви4$-у ровней в мопокрисIаллах 0(1М|ъ05 и 1:.иМп205............................................................ 115
3.3.3 Спектры Ос14(/- и Еи4</-урокнсй в монокристаллах ОбМп^О^ и 1-иМп2(>5............................................................ 117
3.4 Машшное состояние атомов марганца в монокристаллах ЛМП2О5 поданным рснггспоэлсктрошюй спектроскопии............................ 120
4 Многоэлскгронныс эффекты в рентгеновских фотоэлектронных сиек-
1рах соединений бария............................................. 124
4.1 Ренм сповские фотоэлскфонныс спектры налет ной полосы и суб-валет пой облает ВаО?, ВаХО,|. ВаТЮ?.............................. 125
4.2 Влияние поверхностных эффектов и оксидации на положение вну|-ренних уровней металлического бария............................... 128
3
4.3 Мної оэлскгронныс эффекты в рентгеновских фотоэлектронных спектрах субвалет ной области ВаП2, Ва80|, Ва ГіО,................... 134
4.4 Ммогоэлекгроппые эффекты в рентгеновских фотоэлектронных спектрах остовных уровней Ва02} Ва80,|, Ва’ПО^....................... 135
5 Сегрегационные процессы в монокристаллах ВаТЮ?..................... 147
5.1 Теоретические основы сегрегационных процессов в металлических сплавах и керамике................................................... 147
5.2 Ссі регационнме явления на поверхности монокристаллов сложных оксидов.............................................................. 157
5.3 Температурная зависимость содержания поверхностной фазы Ва-0
в монокристалле ВаТЮ? по данным РФЭС................................. 161
Основные результаты и выводы......................................... 171
Список цитируемой литературы...................................... 173
4
Введение
Актуальность темы. Сосуществование магнитного и электрического упорядочения в еегнетомагпегиках |1.2| определяет ус тойчивый интерес к ним в физике конденсированного состояния. В настоящее время более употребительным для этих соединений стадо название мультиферроики. Для ряда таких соединений. в том числе со структурой псровскита. например, феррита висмута Вії-сОз (BI O) и феррониобата свинца РЫ-'с^МЬ^Оз (PFN) исследовались условия возникновения электрического и магнитного упорядочения. Материалы, полученные на основе таких соединений, перспективны для применения в сенсорной технике и микроэлектронике, в частности, снинтроникс. стремящейся соединить достоинства энергонезависимой магнитной памяти |3| и бмстродсйсі-мующих электрических систем обработки информации. Поскольку матичная симметрия этих соединений предполагает возможности управления их ссгнсто-элсктрическими свойствами магнитным полем и наоборот, управления их маї-нитпыми свойс твами - электрическим полем 11 - 3|. на эти соединения возлагаюч большие надежды для создания материалов для приложений.
Интерес к этим соединениям вновь повысился, когда н гонких клепках феррита висмута, толщины которых находятся в интервале 50...500 им. был открыт гшаптский магнитоэлектрический эффект (МЭ), па несколько порядков превышающий эффекты, наблюдавшиеся в других материалах при компаниях температурах |4|. Это б»,їло одно из первых сообщений, которое послужило толчком для более глубокого исследования магнитоэлектрических эффектов, было высказано предположение, что одним из факторов, способствующих ги-Iаптскому МЭ эффекту в тонких пленках феррита висмута, является наличие в них ионов двухвалентного железа, которое обладает большим локальным маї-питпым моментом 14.51.
И чех же работах методом рсиггсиоэлск троимой спектроскопии двухвалентное железо было обнаружено в ряде пленочных мулыиферроиков. более чого, в работе [6| этим методом было обнаружено определенное количество двухвалентного железа (1-е“’/1-е’ = 0.26) в монокристалле PFN, коррелирующее с из-
меренным маїниінмм момсніом Счиїасіся, чю появление 1-е2 іі іаких соединениях обусловлено кислородными вакансиями в обьсмс обраща. Наличие вакансий по кислороду, в свою очередь, нриводш к увеличению проводимоеI и, чю с> шее і венио подавляет диолскіричсскис своисіва мулыиферроиков и ui-іруднясі их применение в микроліскіроникс По)юму наличие двухвален і НОІ о же леча в чиетых или локированных друї ими элсмсшами пленках ІііІ-сОз. а іак-жс в ряде монокрисіалличсских мулы иферроиков является и по сей день предметом дискуссии |4 -6|.
Геппсновская фокплекіропная спскіроскопия является одним и* мощных фишчсских методов исследования химическом свят. определения вален тою соетояпия аіомов и электронной структурі,! веіцсста Получение качеетвеппых реп 11 єно )лск і ронных спскі ров оетовных уровней и валстиых полос, монокри-сіаллических мультиферроиков связано е проблемами 'жеперимеша. в часі ноет и. с проблемами ПОДІОЮВКИ новерхмосіи исследуемых обращон и ишерире-іациси особенное їси юнкои с і рукіурьі спскіров Кроме іоі о. воліикаюіцие при )іом вопросы о валеншом соетоянии аіомов в мулыиферроика.х. влиянии мпо-Iочлекфопиых )ффсктов па спскірьі осювных уровней, до сих пор осіаюіся спорными
Іаким обраюм. ісма дисссріации. посвященной определению особспно-е і с и jjick і рои нои е і рук і уры ряда сложных оксидов с машинним и >лскіричс-ским упорядочением е испольюваписм реимсновекой фоіоліскіронной спск-іроскопііи является актуальной
Объекты исследования
- монокрисіаллі,! со етруктурой псровскига РЫ Ci^Nbi^O,. Hil сОъ На I Юз.
-моиокриеталлы манганатов с общей формулой ÆMibOs (Я - Y. Ні. I п.
(id):
- в качестве реперных соединений монокрисіалльї ісмаїиіа а-1 с2Оз и маш anniaYMnOv коротки ГсС20,| 2Н20. bcSOi 7П2(). На()2 и керамика liai Ci/jNbi/iOi
6
Цель раГнны: Определение особенное!ей олекфоннот сIроении исследуемых обвею он. 'шачеиий жерюи химической свячи и налетною сосюяния аIомон. нходитих к их основные счрукгурныс единицы
Для досI ижепия цели были носшвлены следующие задачи:
> разработь меюдику нодтювки поверх!юсIей исследуемых т м/и мопо-крпоалличсских соединений 1ак. чюбы их поисрхпос!и были адекнашы их обьемному ‘»лемешному сос1ану и члекфоипому сIроению.
> получить рсштсночлсктронпыс сискгры нпу греи них уровней и валет пых ПОЛОС С ПОВСрХ1ЮС1СЙ исследуемых монокрисчаллов РЫ С^МЬ^К НЦ'сОз. ВаПОз, ЕиМгъОз. УМпгОз, (ЫМгъО*. В1Мп20> природною минерала ВаХСД и порошка ВаОг.
Г- получи 1Ь реш I СНОЧЛСКфОННЫС сискгры реперных соединений, моиокри-е1аллическою 1емаги1а «-1 е?0',. керамики Ва1 мопокрис1аллаУМпОз. порошков соединений ГеС?(),г21 ЬО и 1 с80,| 7Н20.
> ВЫЯВИТ!» влияние 1СМПСрагурЫ на гонкую С I рук I уру реп и СИОЧЛСКфОННЫХ смекфов налетных полос РЫ е^зЫЬ^С)', при 1смпера1ура\ в итервале Т- 296...573К,
> исследован, поведение новсрхносшой фалы в монокриоаллс Ва I КД в ип-гервале гемнератур Т~296 ..773 К.
Научная новизна. В ходе выполнения диесер!анионной рабона впервые: •меюдом рентгеновской фотоолекфоипой смскфоскопии с монохромаш-зацией рентгеновскою излучения получены СПСКфЫ
- внуфенних уровней и валсигных полос монокрисчаллпческнч муль-ыферроиков со структурой перовскита РЬ1 *'еI/2^Ь|/2С)з, ВП'сОз. а также монокри-счалличсского гемашш «-1-С2О3.
ос 1 овпых уровней и валентных полос моиокрисчалличееких мулми-ферроиков с общей формулой ДМп205 (/?- У. Вг I и. Об) и I скса! опальною ман-I ап и Ш УМпОд
7
• показано, что атомы Fc в моиокристалличсских и поликристалличсских образцах мулмифсрроиков BiFc()3 и РЫ-'с|/2Nb|/2()-5 находится в чрсхвалснтом сосюяпии; и орторомбичсских мапганашх /Mn20^(Æ-Y, Bi, Eu, Сid) половина атмов Мп находится в грсхвалсптпом состоянии, а друшя половина -четы рсхиалст ном;
•дана интерпретация рентгеновских фотоэлектронных спекiров налетных полос оргоромбичсских мультиферроиков RMn2()s (R - V, Bi, Eu. (id) на основе схемы энсркггичсских МпЗ^-уровпей. растепленных кристаллическим полем основных структурных единиц мультиферроиков, расчетов электронного строения соединений и оксидов Y, Bi. Eu и Gd, близких к исследуемым Maiерналам но составу и кристаллическому строению;
•продемонстрирована возможность оценки локальных магнитных момептв ионов и парамагнитного момента машанагов RM\\20s(R - V, Bi. Г.и. Gd) на основе рентгеновских фотоэлектронных спектров остовных уровней;
• MCIодом ренпсионской фотоэлектронной спектроскопии с монохрома!и-зацией рсппсновскою излучения и первонринциннмх расчетов методом 1 i II I'9 обнаружено различие в электронном строении монокристалла РЬЕс^ЫЬ^О? в параэлсктричсском и ссгнстозлсктричсском состоянии.
•обнаружена температурная зависимость поверхнос тной фазы Ва-О в монокристалле Ва l'iOi.
Практическая значимость работы
Полученные результаты могут быть использованы для оценки особенно* ci ей химической связи и валет ною состояния ионов в мультиферроиках при создании новых керамических функциональных материалов па их основе в зависимое! и о! температурных режимов синтеза и спекания. Обнаруженные много-элск!роимые эффекп,i в форме основных уровней и валентных полос ряда сю соединений позволяют глубже попять особенности процессов в атомах Ва. происходящие при возбуждении электронов с внутренних и валентных состояний, чю в перепек i иве может быть полезным при проведении количественною апа-
8
лиза соединений бария методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Результаты по сегрегационным процессам в монокристаллсВаїїО; мої у г быть использованы при разработке путей модификации поверхности функциональных многокомпонентных материалов, используемых при повышенных температурах в катализе, микроэлектронике и нанотехнологиях.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. С точносчмо до чувствительности используемой методики ренті с-новского фотоэлектронного эксперимента (не хуже 5 %) атомы 1-е в мопокри-сталличсских и ноликристалличсских образцах мультиферроикон Bil'cOi и РЬІ-сі^ЬідОі находится в трехвалентном состоянии: в орторомбических мапга-натах #Mn2Os (Я-V. Bi, Bu, (id) половина атомов Мп находится в грехвалептпом еоеіояиии. а друїая половина - чстмрсхвалситном, что согласуемся с данными рстгснос'фуктуриого анализа о пирамидальном и октаэдрическом кислородном окружен и и марі аі 11 іа. соответствен і ю.
2. При близких межатомных расстояниях Гс-О в октаэдрах !'c()f, в гематите и мулыифсрроикс Bil’cO, и сравнимых вкладах ГеЗ^/- и ()2/;-состояний в валентную полосу этих соединений, влияние ионов Bi па валентную полосу мультиферроика проявляется в уменьшении энергетической протяженности ее низкоэпергсгического участка (па 1.4 эВ) и основном вкладе Bi6s-олскіропов в нмсокоэнсргстический пик валентной полосы.
3. Рентісновский фотоэлектронный спектр валентной полосы (положение РЬбл-иика) монокристаллического мультиферроика РЫ'с^ЫЬ^Оззавиєш от нараэлскфичеекого или ссгнстоэлск тричсекої о состояния всшссіва. чю определенно указывает на существенное участие нодрспїстки свинца в механизме фазовых переходов.
4. При изменении температуры it диапазоне Т * 296...573К монокри-сіалла ВаГіОз обратимо меняется доля поверхностной фазы Ва-О. свидетельствуя о перестройке кристаллического строения первых мопослосв кристалла.
9
Обоснованность и достоверность полученных в работе основных результатов обусловлена использованием метода рентгеновской фотоэлектронной снскгроскопии на базе современной системы анализа поверхности l-SCAI.AU 250, подготовкой поверхности монокристалличсских образцов с помощью механической обработки алмазным надфилем в условиях сверхвысокою вакуума, использованием современных программ обработки спектров и современных стандартных пакетов программ для проведения теоретических расчетов электронного строения вещества, согласованностью теоретических и эксперимсн-гальиых данных, их близостью для реперных соединений к литературным данным.
Апробация результатов работы
Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях и симпозиумах: Науч.-техн. конф.«Методы создания, исследования микро-, наносисгем и экономические аспекты микро-.наноэлскфоники» (Тверь. 2009): 16 Всерос. конф. етудеп тов-физиков и молодых ученых (Волгоград, 2010), XX Всерос. науч.конф. «Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь» (Новосибирск, 2010); XIУНап.комф. по росту кристаллов и IV Мсжду-пар.копф. «Кристаллофизика XXI века», посвященной памяти М. II. 1.1.1 ас колье кой (Москва, 2010); Мсждунар.мсждисц.симп. «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (Ростов-на-Дону - н. Лоо. 2008); XIV Междунар. мсждисн. сими. «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (Ростов-на-Дону - и. Лоо. 2011); 43|11.Тнор. С|ГоиропЛ1оппс8уя1С1Ш (ТпЬоиф, 8\\П1^ег1апс1. 201 I).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 17 работах: 5 статьях в рецензируемых ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК РФ. 1 статье в рецензируемом электронном журнале. 4 статьях в сборниках трудов и 7 тезисах и расширенных тезисах в сборниках тезисов докладов национальных, всероссийских, и международных конференций. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.
10
Личный вклад автора:
Выбор юмы диссертационной работы, формулировка основных выводов и положений, выносимых па защиту, осуществлялась совместно с научным руководителем. проф. Козаковым Д. Г.. Постановка конкретных задач, анализ и обсуждение полученных результатов осуществлялись совместно с д-рами физ.-маг. паук Козаковым А.Т., Кочуром А.Г.. Плясовым В.В. и Сухоруковым В.Л.. Подготовка поверхностей образцов, адекватных поставленной задаче, получение, обработка, сопоставление и интерпретация рентгсноэдсктрон пых спектров внутренних уровней и валентных полос всех исследованных образцов на сисюмс анализа поверхности Г\8САЬАВ 250 осуществлялась лично автором.
Теоретические расчеты в рамках теории функционала плотности электронного строения феррита висмута и гематита проведены д-ром физ.-маъ паук Плясовым В.В.; теоретические расчеты мультшметкого строения рентгеновских фонплскгронпых спектров 1-'с2/7-, 1-еЗ/?-, 1-'с3.9-, Мп2р-, МпЗ.9-, Сю14^/-. |-и4с/-. (1(14.9-. 1.014.9— уровней и приближении изолированного иона проведены проф. Кочуром А.Г.. Расчеты электронного строения IэЬГе|^2NЬ|/2С)^в ссгпстоэлекгри-чсском и параэлскгричсском состоянии были выполнены канд. физ.-мат.наук 11оложснцсвым О.В.. Исследованные в диссертации монокристаллы выращены канд. хим.наук Смо1 раковым В.Г. и канд. физ.-маг. Наук Еремкиным В.В.. Образцы некоторых керамик были предоставлены д-рами физ.-маг.наук, проф. Раевским П.П. и Резниченко Л.Д.,
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов. заключения и списка цитируемой литературы, изложенных на 192 страницах и содержит 63 рисунка и 16 таблиц. Список литературы содержит 187 наименований.
I РЕНТГЕНОВСКАЯ ФОТОЭЛЕКТРОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ КАК МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ОБЪЕМА
В настоящей главе кратко рассмотрены ключевые моменты рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). а именно, основы качественного и количественного анализа, определение химической связи. Приведено описание экспериментальной установки для анализа поверхности твердых тел. на примере рентгеновского фотоэлектронного микрозонда ESC A LAB 250. Колее подробный обзор современных методов анализа поверхности твердых тел дан в монографиях 19-131-
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия ведет свое начало еще oi первого наблюдения фотоэлектрического эффекта, открытого Герцем (1X87 і.). Своим развитием РФЭС во многом обязана работам Кая Зигбана, пол руководством которого 40-50 гг. XIX века, группой исследователей в Унсале (Швеция) были созданыфундамснтальныс основы современной РФЭС.
В основе метода ренттсиоэлсктропой спектроскопии лежи і облучение поверхности мягким рентгеновским излучением (обычно это харакіерисіичсскос излучение К(1], - линий из алюминиевого или магниевого анода, е опері иями
1486.6 о В и 1253,6 эВ. соответственно) и регистрация интенсивности электронной эмиссии / в зависимости от энергии электронов г, i.e. электронных СИСК І ров
Принципиальная схема метода и экспериментальной установки приведена на рис. 1.1.
12
\
1еорсчическис основы мсюда были заложены еще в 1905 ч. ко)да Л Оинччисин вывел свое и «весIнос уравнение для фою>ффек1а 11од дсиивмсм и ^лучения И{ вещее 1ва выбиваюк'я >лскфонм, жерчия кваша hv, в соочвсчсч-впи с законом сохранения >нср1ии. чрачичея на )нср1ию иониючщи аюма£’(1| и сообщению выбитому ич ачома нчекчрону кинешчеекои энерч ии И cooi bcicibiih с ним уравнение фоюэлекчроччпой эмиссии {аписывасчся в виде
hv = h\u„ + F;, +Ф (II)
|дс hv - )iiepi ия кваша. Ксе - жергия связи нчекчропа в всщсывс. 1\,ш-кино и чес кая эперч ия жекчрона после фочоиони чании. Ф- рабоча выхода мачс-риала снскчромсчра Поскольку величины hv и ф и чвеечччч.ч. а Ект, онрсдсляечся жеиеримечналыю. чо можно jiciko рассчичачь Ксв- жерчичо иопичации. кочорая являемся чу вс 1 ви I слыюи харакчсрисчикои химическом свяш в соединении Он-редслснчче КСв внучренних уровней и особсччччосчси валешных полос являемся одной из основных чадач pemi споэлскчропой спскчроскоиии |9.10.12|
I лубина аиапича мсюда РФЭС онрсдсляечся длиной свободною пробела фочо-элекчронов в чвердом челе Обычно Iлубина выхода ныбичых элекпронов из обрата еосчавлжп не больше 20Ä Поэтому РФОС меч од позволяем исследован. ЮЛ1.КО верхний новсрхпос1111>чи слои, и процессы. нрочскачочцис на иоверчноечи (коррочия. адсорбция, качалич и ч д )
13
Эффективным способом изменять глубину анализа является изменение угла регистрации вылетевших С поверхности фотоэлектронов. При ЭТОМ удается ПОВЫСИТ!» поверхностную чувствительность метода до 1-5-2 поверхностных монослоев.
Если на поверхности образца нет чужеродной пленки, то метод даст сведения обо всем веществе в объеме. В этом случае на основе зависимости значения Еа, от эффективного заряда, его степени окисления и характера химической связи исследуемого атома с соседними можно изучать электронные и геометрические характеристики химических соединений.
1.1 Основы качественного и количественного элементного анализа
Поскольку все элементы периодической системы Менделеева различаются электронным строением атома, энергетическое положение одной или нескольких линий в спектре фотоиопизированиых электронов однозначно характеризуют элемент, находящийся на поверхности образца |15|. Для примера на рис. 1.2 приведен обзорный спектр, полученный е поверхности металлического «-1-е. Из рис. 1.2 видно, что железо представлено несколькими электронными линиями Г'е2/?-, 1:еЗ.?-, РеЗ/?. Также на спектре присутствую! линии ^-кислорода и I «-углерода. Наличие рентгеновской фотоэлектронной линии кислорода с энергией связи 530,2 :>В указывает на то, что на поверхность образца, находившегося на воздухе, адсорбировались молекулы кислорода, что привело к появлению пленки окисла на поверхности металлического 1'е . Рснтгсноэлсктроннмс линии, как представленного на рис. 1.2 железа, так и других элемен тов хорошо разнесены но шкале энергий. Благодаря этому в большинстве случаев не возникает трудностей при идентификации различных элементов в соединениях со сложной химической формулой. Гак, например, па рис. 1.2. легко различим!,і углерод, кислород (элементы второго периода).
14
Рисунок 1.2 - Обзорный рен пеноэлектронный спектр, полученный с
поверхности пол и кристаллического ц-Гс
Интенсивность линии в рентгеноэлектронном спектре зависит от ряда факторов, в том числе от количества атомов соответствующего элемента в исследуемом объеме. Поэтому измеряя интенсивность фотоэлектронных ПИКОВ, можно проводить количественный и полуколичееч венный анализ состава [9.12.15].
В случае РФЭС характеристическое рен тгеновское излучение, проникает в твердое тело на несколько микрометров и ионизирует внутренний уровень атома X на всей глубине проникновения. Возбужденные рентгеновским излучением электроны с какого-либо внутреннего уровня движутся сквозь вещество образца
и. в конце концов, эмитируются с его поверхности, потеряв некоторую энергию. Интенсивность спектральной линии в РФЭС формируют только те электроны, которые возникли в зоне, расположенной на глубине АлД/л^-)<лж0 от поверхности. Здесь, КЛ^лх) - средняя длина свободного пробега характеристических электронов, обладающих энергией ЕАХ и эмитированных с уровня Л'элемента А,
находящеюся в матрице .V/, а 0 - угол эмиссии электронов ошосиїсльмо нормали к поверхности, интенсивность электронной линии записываемся |12|:
lA=a4(hv)IXF-A) \ J \-h)(ХУ)Т(хущ>Ел)х
у-0<р=0 ^--егд'^-чл
ff
х |N,) (ryz)cxpl-zlAM (Ед)COS0\dxdydzd(pdy, ( ] 2)
; I)
где опущен индекс X для уровня ЛГ. Здесь o-.,(/?v')- сечение фотоионизации внутренней оболочки атома А фотоном с энергией hv, /.)(/•;,) - эффективность детектирования каждого электрона, прошедшего через спектрометр; смысл у ,(р,Ху у ,2 ясен из рисунка 1.3л, /*А(у) - угловая асимметрия интенсивности фотоэмиссии каждого атома, ./0(л-у) - интенсивность характеристической линии ноіока рентгеновского излучения в точке (х,у) образца,Т(хуу<р/С,) - коэффициент пропускания анализатора. N л{хуг) - атомная плотность а і омов // в ючке (xyz) . Применяя общие рассуждения 1121 к геометрии экспсримеига ренті сноэлск-іроппою микрозопда P.SCA1.A13 250. приведенной на рис. 1.36. выражение (1.2) примет вид:
л 2 л ос .г:
lA =aA(hv)IXF./1) | j/M(у) | \.)и{ху)Т(хуц\>і;л)у.
у=0 <р- 0 у =-<*. х-—г-
Л
х |N (xyz )схр| —zf&M(E4)Idxdydzd (pdy,
(1.3)
поскольку, угол в, i.e. угол между выходом электронного луча и нормалью равен 0 .
16
Рисунок 13-1 сомсіричсская схема меюда РФЭС
В РФ:)С беї монохрома і и іации ренії сионскою иілучсния іас печи пасі ся шачиїсльная площади образца и вследс і вис чею проявляемся угловая aim юіро-пия »миссии фоюолскіронов В предположении однородносіи маїсриала, ин-ісірируя (1 3) по уїлам. авюры в 1121 нокаїали. чю ишсірал по / можно іамс-11 м 11> 11 рос і мм выражением
і Г ° I
І ели имеемся стандартный спскір чисн,і\ алеманов ' , и / ц > ю записав выражение (1 2) для спектров чистых »лсмепюв и члемеша В в сплаве АВ. в 1я в о і ношения (/„/ОД/в/Оможпо получим,
і Л: [N- 'V*'
1 ні 1 н ^ 1 Іі(^ц)А , (/ f ) 1 A'J
іде л,н - средняя длина свободного пробега олекіропов в сплаве. N ° и N £ -аюмные плотное їй для чисмых стаидарпшх обращов Для упрощения выражения (I 2) авюры 1121 используюі ряд приближении Аюмные іілоіносіи чисіьіч
17
- Киев+380960830922