5.4.Фото-электронная спектроскопия.
Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия представляет собой метод исследования химического состава поверхности, основанный на анализе энергии электронов, вылетающих под действием рентгеновских фотонов.
Падаюший фотон с энергией hv ионизирует соответствующую электронную оболочку исследуемого вещества. Кинетическая энергия эмитированного электрона EК определяется соотношением:
где EL1 — энергия связи электрона на уровне L1.
Схема процесса представлена на рис. 1.13а.
Если падающее излучение монохроматично, то, измерив EК в энергоанализаторе прибора, можно определить энергию связи. Распределение числа электронов по кинетическим энергиям представлено на рис. 1.13б.
Пики расшифровываются с помощью рентгеновских термов и орбиталей с главными квантовыми числами п = 1, 2, 3, 4, 5...
Анализ энергетического уровня дырки позволяет идентифицировать состав мишени.
Поверхностная чувствительность фотоэлектронного метода зависит не столько от глубины проникновения падающего излучения, сколько от вероятности выхода возбужденного фотоэлектрона на поверхность без потери энергии.
Потери энергии происходят за счет возбуждения колебаний решетки, или фотонов. Эти потери достаточно малы — порядка нескольких десятков миллиэлектрон-вольт. В этом методе могут быть использованы фотоны, энергия которых превышает работу выхода электронов из твердого тела. Таким свойством обладает рентгеновское излучение.
Другой источник потерь энергии — это процесс электронных взаимодействии в электронном газе твердого тела. Флуктуации плотности заряда создают электрическое поле, которое вызывает ток, направленный на восстановление электронейтральности. Возникают коллективные колебания, получившие название плазмонов. Спектр колебаний зависит от зонной структуры твердого тела и наличия полей. Квантованные энергии плазмонов лежат в диапазоне от 5 эВ до
25 эВ. Потери энергии электрона ES на возбуждение плазмонов достаточно велики и определяются как  где ΔES — ранее определяемая энергия связи.
Результирующий эффект всех неупругих процессов рассчитать довольно трудно, поэтому принято считать глубиной выхода электронов
1 нм при энергии
40 эВ. Даже при 1000 эВ глубина выхода электронов в металлах составляет
2 нм (или около 10 атомных слоев).
Поверхностная чувствительность фотоэлектронных методов изменяется в зависимости от кинетической энергии вылетающих электронов н максимальна в интервале энергий электрона 50 эВ - 200 эВ.
Методы фотоэлектронной спектроскопии целесообразно использовать для определения типов наночастиц на поверхности твердого тела. Для этого нужно сравнить экспериментально наблюдаемые линии с рассчитанными энергиями связи уровней, либо сравнить наблюдаемые линии с экспериментальными спектрами эталонных образцов. Регистрация возможна с точностью до 10-8 г вещества.
К методу рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) примыкает метод ультрафиолетовой электронной спектроскопии (УФЭС). В этом методе используются более низкие значения энергии фотонов для возбуждения электронов твердого тела. К таким электронам относятся электроны заполненных состояний валентной зоны и состояний орбиталей адсорбированных молекул.
Метод ультрафиолетовой электронной спектроскопии применяют для изучения зонной структуры поверхности. Анализируя спектр электронов при различных значениях энергии фотонов, можно наблюдать области начальных электронных состояний. Максимальные энергии соответствуют энергии Ферми, а ниже находятся электроны с различной энергией.
Методом УФЭС можно идентифицировать адсорбированные молекулы, а также анализировать процесс образования хемосорбированных агрегатов и каталитических процессов на поверхности.
Добавить, слабо по оборудованию и по обработке, точности
|
Скачать 3.44 Mb.