Приглашаем посетить сайт

Пастернак (pasternak.niv.ru)

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

В начало энциклопедии

По первой букве
A-Z А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ - испускание электронов твёрдым телом при бомбардировке его ионами. Различают потенц. вырывание электронов (потенц. И.-э. э.) и их кннетич. выбивание (кинетич. И.-э. э.). Потенц. вырывание связано с передачей электронам мишени энергии, выделяющейся при переходе бомбардирующего иона в осп. состояние атома. Этот переход осуществляется обычно путём т. <н. оженейтрализации. Если к поверхности металла приближается ион, незанятый энергетич. уровень к-рого лежит ниже уровня Ферми, то на этот уровень перейдёт один из электронов проводимости (напр., 1;рис.1, а). В результате этого ион нейтрализуется, высвобождающаяся энергия передаётся др. электрону металла (напр., 2), к-рый получает возможность покинуть металл. В этом случае И.-э. э. может иметь место, если соблюдается условие E и>2 Ф, где E и - энергия ионизации

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Рис. 1. а - оже-нейтрализация положительного иона на металлической поверхности: E и - энергия ионизации; Ф - работа выхода металла; E с- Дно зоны проводимости; E к- кинетическая энергия электрона в вакууме; б-оже-дезактивация.

атомов, ионы к-рых направляются на металл, Ф - работа выхода металла. Для неметаллов вместо Ф в граничное условие входит энергия наивысшего заполненного электронами уровня; напр., для собств. полупроводника - "потолок" валентной зоны. <Коэф. потенц. вырывания g п, равный ср. числу уходящих в вакуум электронов, приходящихся на 1 ион, возрастает с увеличением E и и для однозарядных ионов инертных газов достигает неск. десятков %. В случае многозарядных ионов захват электронов ионом происходит последовательно со ступенчатым понижением кратности заряда иона до 0. При этом g п может превышать 1. При энергии ионов E[1 кэВ коэф. g п от E зависит слабо (уменьшается с ростом E;рис. 2). При больших Eвеличины g п снижаются до 0.В отд. случаях, когда возможна нейтрализация ионов в возбуждённое состояние атома, вырывание электронов осуществляется путём оже-дезактивации (рис. 1, 6). Энергия, выделившаяся при переходе

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Рис. 2. Зависимость коэффициента потенциального вырывания электронов g п из Мо от энергии E ионов инертных газов; при E/0,4 кэВ ионы Не + вызывают кинетическое выбивание электронов; пунктирная кривая описывает полный коэффициент ионно-электронной эмиссии g=g п+g к.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Рис. 3. Энергетический спектр электронов при потенциальном вырывании их ионами Не + с энергией 5 эВ. Надпись Ni (100) с (2x2) Se означает, что на грани (100)Ni адсорбирован Se, образующий кубическую решётку (с) с размерами 2x2.

второго электрона мишени (напр., 2) в осн. состояние возбуждённого атома, передаётся электрону 1, оказавшемуся на возбуждённом уровне. При этом условие появления эмиссии: Ev>Ф, где Ev- энергия возбуждения атома. Вырывание электронов путём ожедезактивации осуществляется при облучении мишеней из тугоплавких металлов ионами Ne, что обусловливает особый вид кривых g п(E)(рис. 2). ПриE и , близких к 2Ф, или Ev, близких к Ф, кояф. g п может заметно зависеть от темп-ры Т мишени. В случае монокристаллич. мишени g п в значительной мере определяется гранью кристалла. Форма энергетич. спектра эмитируемых электронов (рис. 3), макс, энергия к-рых обычно приближается к E и-2Ф, зависит от распределения электронов по энергиям в зоне проводимости металла (или в валентной зоне полупроводника) и может быть использована для её определения. <Кинетич. выбивание обусловлено ударной ионизацией атомов поверхностного слоя мишени и бомбардирующих частиц. Для него характерен энергетич. порог E п (рис. 4). При бомбардировке тугоплавких металлов ионами Li+ (и более тяжёлыми) E п>1 кэВ; для диэлектриков, напр. шёлочно-калоидных кристаллов, E п~0,140,2 кэВ. За порогом коэф. кинетич. выбивания g к растёт, выходит на плато и далее уменьшается (рис. 4). Для ионов Н + максимум эмиссии наблюдается при E и=100 кэВ (для металлов g к макс@1,5); для более тяжёлых

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Рис. 4. Вид зависимости коэффициента кинетического выбивания g к от энергии ионов Eдля W, КBr(а) и Сu (б) при бомбардировке ионами.

ионов E - порядка неск. МэВ, а g к может достигать десятков и зависит от состояния поверхности. <В вакуум выходят как электроны атомов мишени, так и самих бомбардирующих частиц. Hек-рое кол-во электронов возбуждается быстрыми атомами отдачи. В случае монокристаллов g к различны для разных граней и немонотонно зависят от угла падения ионов. Распределение эмитированных электронов по энергиям имеет максимум (~143эВ) и протяжённый спад, на к-ром выделяются пики и ступеньки, связанные с оже-переходами в соударяющихся частицах и др. процессами (рис. 5). На анализе этих особенностей спектров основана т. н. ионная оже-спектроскопия поверхности твёрдого тела.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Рис. 5. Энергетический спектрэлектронов при кинетическомвыбивании.

Потенц. и кинетич. И.-э. э. металлов пространственно н во времени разделены. При подлёте ионов к поерхности сначала происходит их нейтрализация и испускаются электроны, обусловливающие потенц. И.-э. э. Затем при соударениях атомных частиц возникают электроны, обусловливающие кннетич. И.-э. э. Обычно обе И.-э. э. аддитивны: g=g п+g к (рис. 2). Аддитивность может не иметь места при облучении ионами диэлектриков и плёнок сложного состава. <Разогревание материала интенсивным ионным пучком, зарядка им поверхности плёнок и т. п. могут приводить к появлению термоэлектронной и полевой электронной эмиссий. Лит.: Петров Н. Н., Аброян И. А., Диагностика поверхности с помощью ионных пучков, Л., 1977; XэгструмX., Исследование электронной структуры адсорбатов методами ионно-нейтрализацнонной и фотоэлектронной спектроскопии, в кн.: Электронная и ионная спектроскопия твёрдых тел, пер. с англ., М., 1981; Дорожкин А. А., Петров Н. Н., Ионная оже-спектроскопия, Л., 1983. Н. Н. Петров.

В начало энциклопедии