Физические основы электронной микроскопии.
1. Вторичная электронная эмиссия.
испускание электронов поверхностью твёрдого тела при её бомбардировке электронами. Открыта в 1902 немецкими физиками Аустином и Г. Штарке. Электроны, бомбардирующие тело, называются первичными, испущенные — вторичными. Часть первичных электронов отражается телом без потери энергии (упруго отражённые первичные электроны), остальные — с потерями энергии (неупруго отражённые электроны), расходуемой в основном на возбуждение электронов твёрдого тела (См. Твёрдое тело), переходящих на более высокие уровни энергии. Если их энергия и импульс оказываются достаточно большими для преодоления потенциального барьера на поверхности тела, то электроны покидают поверхность тела (истинно вторичные электроны). Все три группы электронов присутствуют в регистрируемом потоке вторичных электронов (рис. 1).
В тонких плёнках В. э. э. наблюдается не только с той поверхности, которая подвергается бомбардировке (эмиссия на отражение, рис. 2, а), но и с противоположной поверхности (эмиссия на прострел,рис. 2, б).
Рис. 1. Распределение вторичных электронов по энергиям: I — упруго отражённые электроны, II — неупруго отражённые электроны, III — coбственно вторичные электроны; Еп — энергия первичных электронов.
2. Генерация тормозного и характеристического рентгеновского излучения.
Характеристическое состоит из моноэнергетических фотонов и возникает в результате потери определенных порций энергии атомами, возбужденными при бомбардировке мишени электронами; тормозное имеет непрерывный энергетический спектр с границей, равной максимальной энергии электронов, и образуется при их торможении в электрических полях ядер атомов мишени.
Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках. Основными конструктивными элементами таких трубок являются металлические катод и анод (ранее называвшийся также антикатодом). В рентгеновских трубках электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электрических потенциалов между анодом и катодом (при этом рентгеновские лучи не испускаются, так как ускорение слишком мало) и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутренних электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. При этом испускается рентгеновское излучение с характерным для материала анода спектром энергий (характеристическое излучение).
3. Оже-эффект и оже-электронная эмиссия.
Оже-процесс можно разделить на две стадии. Первая - ионизация атомов внешним излучением (рентгеновским, быстрыми электронами, ионами) с образованием вакансии на одной из внутренних оболочек. Такое состояние атома неустойчиво, и на второй стадии происходит заполнение вакансии электроном одной из вышележащих уровней энергии атома. Выделяющаяся при этом энергия может быть испущена в виде кванта характеристического рентгеновского излучения, но может быть передана третьему атомному электрону, который в результате вылетает из атома, т. е. наблюдается оже- эффект.
