ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Процессы, обусловленные неупругим рассеянием из "Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ том 1" В работе [40] было получено, что максимальная глубина выхода вторичных электронов составляет 5Я, где Я приблизительно равна 1 нм для металлов и 10 нм для диэлектриков. Величина Я зависит от энергии вторичных электронов, так что всему энергетическому спектру вторичных электронов соответствует целый диапазон значений Я. Однако для оценок выше приведенные значения вполне достаточны. Большая длина пробега в диэлектриках является прямым следствием того факта, что неупругое рассеяние вторичных электронов происходит главным образом на электронах проводимости, которых очень много в металлах и существенно меньше в диэлектриках. Вероятность выхода как функция глубины была рассчитана методом Монте-Карло в работе [43]. Как показано на рис. 3.27, кривая зависимости вероятности выхода резко спадает с глубиной. По сравнению с гистограммой глубины выхода отраженных электронов, приведенной на рис. 3.25, глубина вторичных электронов составляет примерно /100 глубины выхода отраженных электронов. [c.60] Два возможных источника образования вторичного электрона (ВЭ) в образце. [c.61] Падающие электроны зонда (Э. з) создают вторичные электроны (В. Эд 3) прн гго-паданнн в образец. Отраженные электроны (О. э) создают вторичные электро гы (В. Эд 3) при выходе из образца. Л — средняя длина свободного пробега вторичных электронов. [c.61] Плотность вторичных электронов, генерируемых первичным пучком, намного больще плотности вторичных электронов, генерируемых отраженными электронами. При сканировании пучком по образцу создаваемые пучком вторичные электроны подвергаются воздействию локальных поверхностных неоднородностей и переносят информацию о них на изображение, в то время как вторичные электроны, генерируемые вышедщими на больщом расстоянии от пучка отраженными электронами, действуют как шум. [c.62] Влияние этих двух типов вторичных электронов на формирование изображения будет обсуждаться в гл. 4. [c.63] Состав образца. По сравнению с поведением отраженных электронов, для которых коэффициент отражения монотонно возрастает с атомным номером, коэффициент вторичной электронной эмиссии относительно нечувствителен к составу и не обнаруживает сильной зависимости от атомного номера (рис. 3.29) [45]. Типичное значение б равно примерно 0,1 при энергии падающего пучка 20 кэВ, но для некоторых элементов, таких, как золото, имеет более высокие значения и равен приблизительно 0,2. Слабая периодическая зависимость, наблюдаемая на рис. 3.29, в некоторой мере коррелирует с числом электронов на внещних оболочках, радиусом атома и плотностью. [c.63] НИЯ Ко от поверхности. При нормальном падении пучка длина пути первичного пучка К, вдоль которого образовавшиеся вторичные электроны будут вылетать, равна У о. По мере увеличения угла наклона образца 0 длина пути первичного пучка в пределах от поверхности будет возрастать как Так как мало, то первый пучок суш,ественно не меняет свою энергию при прохождении этого расстояния, а темп генерации вторичных электронов под действием первичного пучка электронов по суш,еству остается постоянным и пропорциональным Н. Таким образом, так как длина пути возрастает пропорционально зес0, то подобным же образом ведет себя и коэффициент вторичной эмиссии. Вторичные электроны генерируются также отраженными электронами. Коэффициент отражения возрастает с углом наклона (рис. 3.15), и, следовательно, число вторичных электронов, генерируемых отраженными электронами, также с наклоном возрастает. Генерация вторичных электронов как первичными, так и отраженными электронами возрастает с ростом угла наклона, что в целом аппроксимируется законом секанса [уравнение (3.25)]. [c.65] В процессе неупругого рассеяния электронов пучка рентгеновское излучение может возникать за счет двух совершенно различных процессов 1) торможения электрона пучка в кулоновском поле атома, состоящего из ядра и слабо связанных электронов, приводящего к возникновению непрерывного спектра рентгеновского излучения с энергией от нуля до энергии падающего электрона, как показано на рис. 3.32 это излучение называется непрерывным, или тормозным рентгеновским излучением 2) взаимодействия электрона пучка с электронами внутренних оболочек, которое может привести к выбиванию связанного электрона, покидающего атом в возбужденном состоянии с вакансиями на электронной оболочке (рис. 3.33). При возвращении атомов в стационарное состояние происходит электронный переход с внешних оболочек для заполнения этой вакансии. При переходе происходит изменение энергии и высвободившаяся энергия атома может проявиться либо в форме испускания рентгеновского кванта, либо в форме испускания (оже) электрона. Так как энергия испускаемого рентгеновского кванта определяется разностью энергии между четко определенными атомными уровнями, это излучение называется характеристическим рентгеновским излучением. [c.66] Генерируемый образцом спектр электромагнитного излучения, получаемый расчетом по методу Монте-Карло, показан на рис. 3.34. Непрерывное излучение простирается от виртуальной нулевой энергии (ультрафиолет и видимый свет с энергией в несколько электронвольт) до рентгеновского излучения с энергией, равной энергии падающих электронов. Максимальная энергия соответствует тем электронам пучка, которые потеряли всю свою начальную энергию за одно торможение. Так как длина волны рентгеновского излучения обратно пропорциональна энергии, то рентгеновскому излучению с максимальной энергией будет соответствовать минимальная длина волны Ямин, которая называется коротковолновым пределом Дуана—Ханта, который связан с Ео уравнением (3.26). [c.68] Из уравнения (3.27) и рассчитанного спектра (рис. 3.34) можно видеть, что с возрастанием энергии интенсивность непрерывного рентгеновского спектра уменьшается. Интенсивность непрерывного спектра зависит как от атомного номера мишени. [c.68] Расчетный спектр рентгеновского излучения, генерируемого в медной мишени электронным пучком с энергией 20 кэВ, демонстрирующий обра-зерывного фона и характеристических линий Сих . Си оИ u . [c.68] Наличие неорерывного излучения играет важную роль в определении минимально обнаружимого уровня для данного элемента, так как непрерывный спектр образует фон, на котором должны быть измерены сигналы характеристического излучения. Поэтому обычно непрерывное излучение рассматривается как помеха. Однако следует отметить, что, согласно уравнению (3.27), непрерывный спектр содержит информацию о среднем атомном номере (а следовательно, и о составе) образца. Так, области с различными 2 в образце будут испускать на всех энергиях различную интенсивность непрерывного излучения. Этот факт может оказаться полезным при анализе объекта и стать основой для некоторых схем введения поправок при количественном анализе, в частности биологических объектов и частиц (см. гл. 7). [c.69] Характеристическое рентгеновское излучение образуется при переходе атома из возбужденного в стационарное состояние, чему предшествовало выбивание электрона с внутренней оболочки за счет взаимодействия с высокоэнергетическим электроном пучка. Электрон пучка с достаточной энергией может выбить электрон с внутренних К-, I- или Л1-оболочек, оставляя атом в ионизованном или возбужденном состоянии (рис. 3.33). Атом релаксирует к основному состоянию (состояние с наименьшей энергией) после ионизации за время порядка 10 с. [c.69] В процессе релаксации происходят электронные переходы с одной оболочки на другую, одним из возможных результатов которых может быть высвобождение содержащейся в возбужденном атоме избыточной энергии в виде кванта электромагнитного излучения. Энергия кванта равна разности энергий между оболочками, на которых происходят переходы, а для внутренних переходов эта энергия такова, что квант соответствует области рентгеновского излучения электромагнитного спектра. [c.69] Подробное изучение свойств характеристического рентгеновского излучения не входит в рассмотрение данной книги, и интересующийся читатель может найти это, например, в [50]. Ниже мы коснемся лишь некоторых фундаментальных для рентгеновского микроанализа понятий, таких, как энергетические уровни атома, критическая энергия ионизации, серии линий рентгеновского излучения и интенсивность рентгеновского излучения. [c.70] Энергетические уровни атома. На рис. 3.35 схематически представлено расположение электронов атома на энергетических уровнях. [c.70] Энергия каждого электрона однозначно определяется четырьмя квантовыми числами (л, I, /, т). [c.70] Поведение электронов в атоме подчиняется принципу исключения Паули, который налагает ограничение, состоящее в том, что два электрона не могут иметь один и тот же набор квантовых чисел. Так, каждый электрон обладает определенным набором квантовых чисел (л, I, /, пг), который его описывает. В табл. 3.5 перечислены оболочки и подоболочки с указанием максимально возможного количества электронов на них и соответствующее обозначение рентгеновского излучения. [c.71] Вернуться к основной статье