Учебно-методическое пособие по выполнению расчетно-графической работы по теме: электронная оже-спектроскопия

Д. В. Фомин, В. Л. Дубов 

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ 
ПОСОБИЕ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ: 

 ЭЛЕКТРОННАЯ  
ОЖЕ-СПЕКТРОСКОПИЯ 

Москва
Берлин 

2019 

Издание второе, стереотипное

УДК 531(075) 
ББК 22.3я73 
        Ф76 

Рецензенты: 
С. В. Барышников, профессор кафедры физики и методики  
обучения физике БГПУ, д-р физ.-мат. наук, профессор 
Е. В. Стукова, зав. кафедрой физики АмГУ, в.н.с. НОЦ АмГУ, 
д-р физ.-мат. наук, доцент 

Фомин, Д. В. 
Ф76     Учебно-методическое пособие по выполнению расчетно- 

графической работы по теме: электронная оже-спектроскопия /  
Д. В. Фомин, В. Л. Дубов. – Изд. 2-е, стер. – Москва ; Берлин : 
Директ-Медиа, 2019. – 40 с. 
ISBN 978-5-4499-0154-5 

Учебно-методическое пособие по выполнению расчетно-графической 
работы по теме  электронная оже-спектроскопия  подготовлено для бакалавров и магистров инженерно-физических направлений подготовки высшего 
профессионального образования изучающих дисциплины «Экспериментальные методы физики твердого тела»  и «Теоретические и экспериментальные 
методы физики твердого тела».  
В данном учебно-методическом пособии рассматриваются физические 
основы метода электронной оже-спектроскопии  и его применение для определения 
элементного 
состава 
поверхности 
полупроводниковых 
низкоразмерных структур. Учебно-методическое пособие содержит указания 
по получению и анализу оже-спектров с помощью анализатора типа двухпролетное  цилиндрическое зеркало. Пособие также будет интересно 
аспирантам и молодым ученым естественнонаучного блока при проведении 
научно-исследовательской работы, а также студентам при выполнении НИРС. 
Данное пособие подготовлено в рамках работ по гранту АмГУ. 

УДК 531(075) 
ББК 22.3я73

ISBN 978-5-4499-0154-5 
© Фомин Д. В., Дубов В. Л., текст, 2019 
© Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019 

1. Метод электронной оже-спектроскопии

1.1. Физические основы 

Метод электронной оже-спектроскопии (ЭОС) – один из наиболее 
распространенных методов изучения поверхности. Атом, имеющий 
вакансию на внутреннем уровне, может перейти в невозбужденное состояние 
либо 
с 
испусканием 
рентгеновского 
кванта, 
либо 
безрадиационным путем – с испусканием электрона. Такой безрадиационный переход впервые обнаружил в 1925 г. французский ученый 
Пьер Оже, в честь которого процесс и получил свое название. Термин 
«оже-процесс» связывается с любым возбуждением электрона, при котором возбуждающий электрон передает свою энергию вторичному 
электрону, так называемому оже-электрону. Конечное состояние атома 
при оже-процессе – атом с двумя вакансиями. Если одна из вакансий в 
конечном состоянии находится на том же уровне (подуровень может 
быть другой), что и вакансия, созданная первичным электронным пучком, безрадиационный переход носит название Костера-Кронига. 
Метод оже-спектроскопии основан на изучении распределения 
оже-электронов по энергиям. Поскольку большая часть электронных 
уровней носит дискретный характер, метод дает информацию об энергетическом расположении уровней, а, следовательно, о химическом 
составе вещества. Измерение величины тока испускаемых ожеэлектронов позволяет в принципе производить не только качественные, но и количественные исследования, что делает метод электронной 
оже-спектроскопии пригодным для анализа элементного состава. Низкоэнергетические оже-электроны сильно поглощаются уже в одном 
монослое вещества и могут испускаться только из нескольких поверхностных слоев. Таким образом, метод оже-спектроскопии является 
методом анализа элементного состава тонкой приповерхностной области толщиной 0,5–2,0 нм. Это свойство, а также быстрота получения 
информации, высокая чувствительность, возможность получения сведений обо всех элементах на поверхности при z > 2, о состоянии и 
количестве 
этих 
элементов 
делают 
метод 
электронной 
ожеспектроскопии весьма эффективным средством исследования. Поскольку 
оже-спектроскопия – 
двухэлектронная 
спектроскопия, 
полученные с ее помощью результаты значительно труднее интерпретировать, 
чем 
данные 
по 
одноэлектронной 
фотоэлектронной 
спектроскопии. Однако возможность исследования изменений в локальных 
плотностях 
состояний 
для 
атомов, 
вступающих 
на 
поверхности в химическую связь, компенсирует эти недостатки метода, 
который становится особенно эффективным, когда используется в совокупности 
с 
другими 
методами 
исследования 
поверхности: 
сканирующей туннельной микроскопией (СТМ), фотоэлектронной 
спектроскопией (ФЭС), дифракцией медленных электронов (ДМЭ), 

3 

методом характеристических потерь энергии электронами (ХПЭЭ), 
электронной спектроскопией и др. 
Со времени открытия эффекта Оже прошло много лет, однако состояние вакуумной техники, необходимой для получения спектров, 
низкая чувствительность метода не позволяли использовать ожеспектроскопию в полной мере до 1968 г., когда Харрис предложил метод дифференцирования кривых энергетического распределения N(E). 
После этого электронная оже-спектроскопия стала развиваться весьма 
интенсивно, и уже в 70-х годах прошлого века были опубликованы 
многие работы, связанные с разными аспектами этого метода. 
На рисунке 1 показан фрагмент электронной структуры атома, в состав которого входят три электронных уровня, частично или 
полностью занятые электронами (на рисунке 1 они обозначены как К, 
L1, L2,3). Если атом обстреливается ускоренными электронами, энергия 
которых выше потенциала ионизации уровня, то существует вероятность ионизации этого уровня, в результате чего на нем образуется 
вакансия (обозначена светлым кружком). Такое состояние энергетически невыгодно для атома, поэтому через некоторое время вакансия 
заполняется за счет перехода электрона с вышележащего уровня, 
например, L1. При этом выделяется энергия, равная разности энергий 
связи электрона на уровнях К и L1. В дальнейшем процесс может идти 
двумя путями: либо будет испущен рентгеновский фотон, либо эта 
энергия безызлучательным способом будет передана другому электрону, находящемуся, например, на уровне L2,3. Если этой энергии будет 
достаточно, то произойдет ионизация уровня L2,3, в результате чего будет испущен электрон. Реализация второй возможности – это 
собственно оже-процесс, а эмитируемый электрон – оже-электрон. 

 
Рис. 1. Процесс ионизация атомов внешним излучением  
в результате, которого может: а – испущен рентгеновский фотон;  
б – образован оже-электрон. 

4