ВТОРИ́ЧНАЯ ЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
Книжная версия:
Электронная версия:
ВТОРИ́ЧНАЯ ЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ, испускание электронов (вторичных) твёрдыми или жидкими телами (эмиттерами) при бомбардировке их электронами (первичными). Для тонких эмиттеров длина пробега первичных электронов может превышать толщину эмиттера. В этом случае В. э. э. наблюдается как с бомбардируемой поверхности (В. э. э. на отражение), так и с противоположной стороны эмиттера (В. э. э. на прострел). Поток вторичных электронов состоит из упруго и неупруго отражённых первичных электронов и истинно вторичных электронов – электронов эмиттера, получивших в результате их возбуждения первичными или отражёнными неупруго электронами энергию и импульс, достаточные для выхода из эмиттера. Энергетич. спектр вторичных электронов лежит в диапазоне энергий от E=0 до энергии первичных электронов Eп(рис. 1). Тонкая структура энергетич. спектра обусловлена оже-эффектом и характеристическими потерями энергии на возбуждение атомов эмиттера.
Количественно В. э. э. характеризуется коэффициентом σ, равным:σ=I_2/I_1=δ+η+r,где I_1 и I_2 – токи, создаваемые первичными и вторичными электронами; δ – коэф. истинной В. э. э.; η, r – коэффициенты соответственно неупругого и упругого отражения первичных электронов. Указанные коэффициенты зависят от параметров пучка первичных электронов (E_п, угла падения φ пучка на образец) и характеристик эмиттера (элементного состава, электронного строения, кристаллич. структуры, состояния поверхности и др.).
Механизмы упругого отражения электронов различны в областях малых (0-100 эВ), средних (0,1-1 кэВ) и больших (1-100 кэВ) энергий E_п. В области малых E_п упругое отражение зависит от электронного строения приповерхностной области эмиттера, рассеяния электронов на отдельных атомах, резонансного упругого рассеяния электронов вблизи порогов коллективных и одночастичных возбуждений электронов твёрдого тела. Абсолютные значения коэф. r в этой области максимальны (при Eп⩽10 эВ r может достигать величины 0,5 для металлов и 0,7-0,8 для диэлектриков). В области средних E_п в большинстве случаев на зависимости r(E_п) наблюдается широкий максимум при значениях
E_п=Z^{2/8} (Z – атомный номер вещества эмиттера). Механизм упругого отражения в этом диапазоне E_п в значит. мере определяется упругим рассеянием электронов на атомах твёрдого тела; абсолютные значения r не превышают 0,05. Для монокристаллов зависимость r(E_п) в области средних E_п имеет ярко выраженную тонкую структуру, обусловленную дифракцией электронов на кристаллической решётке эмиттера. В диапазоне больших значений E_п r уменьшается с ростом E_п. Глубина выхода упруго отражённых электронов зависит от E_п и изменяется от долей до десятков нм&
Неупругое отражение электронов определяется рассеянием и торможением первичных электронов при их движении в веществе эмиттера. Зависимость η(E_п) различна для лёгких и тяжёлых веществ (рис. 2). Коэф. η увеличивается с ростом φ; наиболее ярко эта закономерность выражена для веществ с малыми Z. Ср. энергия неупруго отражённых электронов E_н=0,31 E_п и падает с уменьшением E_п, а их ср. глубина выхода не превышает половины глубины проникновения первичных электронов при данном значении E_п.
Эмиссия истинно вторичных электронов зависит от электронного строения эмиттера, существенно влияющего на потери энергии электронов и их выход из эмиттера. Вероятность выхода возбуждённых истинно вторичных электронов зависит от высоты потенциального барьера на поверхности эмиттера, определяемого величиной работы выхода электронов. В металлах вследствие взаимодействия с электронами проводимости истинно вторичные электроны теряют много энергии и не могут преодолеть потенциальный барьер на поверхности. Для них характерна небольшая глубина выхода d истинно вторичных электронов и сравнительно малые значения коэф. σ_{макс} (0,4-1,8). В диэлектриках с широкой запрещённой зоной и малым сродством к электрону внутренние истинно вторичные электроны несут малые потери энергии, т. к. теряют её в осн. только на взаимодействие с фотонами. Эти вещества имеют большие значения d (20-120 нм) и коэф. σ_{макс} (4-40). Наибольшие значения d (20-1500 нм) и σ_{макс}⩾1000 имеют эмиттеры с отрицательным сродством к электрону. Создание сильного электрич. поля (107-108 В/м) в диэлектриках вызывает увеличение σ_{макс} до 100 (В. э. э., усиленная полем).
В. э. э. широко используется в методах диагностики поверхности твёрдых тел. Сканирующая электронная микроскопия, используя разл. группы вторичных электронов для визуализации исследуемого объекта, позволяет исследовать топографию, фазовый состав, кристаллич. структуру и др. свойства поверхности. Оже-электроны несут информацию об элементном составе, химич. состоянии поверхностных атомов.
Спектры электронов с характеристич. потерями энергии (в диапазоне единицы–сотни мэВ) дают информацию о фононных колебаниях в твёрдых телах, характеризуют колебательные моды адсорбированных атомов и молекул. Электроны с большими потерями энергии (обусловленными межзонными переходами, возбуждением плазменных колебаний в твёрдых телах и ионизацией атомов вещества эмиттера) используются для получения информации об элементном составе и электронном строении приповерхностной области эмиттеров.
В. э. э. применяется для усиления электронных потоков в электронно-вакуумных приборах (вторичные и фотоэлектронные умножители, усилители яркости изображения и т. п.). В. э. э. играет важную роль в работе ряда высокочастотных приборов.