Рис. 1. а -оже-нейтрализация положительного иона на металлической поверхности: Eи - энергия ионизации; Ф - работа выхода металла; Eс - Дно зоны проводимости; Eк- кинетическая энергия электрона в вакууме; б-оже-дезактивация.
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 Eи>2 Ф, где Eи - энергия ионизации
Рис. 1. а -оже-нейтрализация положительного иона на металлической поверхности: Eи - энергия ионизации; Ф - работа выхода металла; Eс - Дно зоны проводимости; Eк- 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 gп, равный ср. числу уходящих в вакуум электронов, приходящихся на 1 ион, возрастает с увеличением Eи
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 gп может превышать 1. При энергии ионов E[1 кэВ коэф. gп от E зависит слабо (уменьшается с ростом E; рис. 2). При больших E величины gп
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
Рис. 2. Зависимость коэффициента потенциального вырывания электронов gп 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=gп+gк.
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 gп(E)(рис. 2). При
Eи , близких к 2Ф, или Ev, близких к Ф, кояф. gп может заметно зависеть от температуры Т мишени. В случае монокристаллич. мишени gп
в значительной мере определяется гранью кристалла. Форма энергетич.
спектра эмитируемых электронов (рис. 3), макс, энергия к-рых обычно
приближается к Eи-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 Eп (рис. 4). При бомбардировке тугоплавких металлов ионами Li+ (и более тяжёлыми) Eп>1 кэВ; для диэлектриков, напр. шёлочно-калоидных кристаллов, Eп~0,140,2 кэВ. За порогом коэф. кинетич. выбивания gк растёт, выходит на плато и далее уменьшается (рис. 4). Для ионов Н+ максимум эмиссии наблюдается при Eи=100 кэВ (для металлов gкмакс@1,5); для более тяжёлых
Рис. 4. Вид зависимости коэффициента кинетического выбивания gк от энергии ионов E для W, КВr(а) и Сu (б) при бомбардировке ионами.
ионов E - порядка неск. МэВ, а gк 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 gк 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.
Рис. 5. Энергетический спектр
электронов при кинетическом
выбивании.
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=gп+gк (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.
Н. Н. Петров
|
|
 |
