ВТОРИ́ЧНАЯ ЭЛЕКТРО́ННАЯ ЭМИ́ССИЯ

Рис. 1. Энергетический спектр вторичных электронов: (I) упруго отражённых, (II) неупруго отражённых, (III) истинно вторичных; тонкая структура спектров, обусловленная (a) оже-электронами и (б) характе... Рис. А. В. Щербакова

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 $E_п $(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&

Рис. 2. Зависимость коэффициента вторичной электронной эмиссии σ (сплошные кривые) и коэффициента неупругого отражения η (штриховые кривые) от энергии Eп первичных электронов для различных в... Рис. А. В. Щербакова

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.