Вторинні електрони

Якщо побудувати енергетичний розподіл усіх електронів, що покидають твердотільну мішень у результаті взаємодії останньої з пучком електронів, то отримаємо криву, яка наведена на рисунку 1.13. Ділянки
2 і 3 відповідають відбитим електронам, але у випадку ділянки 2 – лише тим, що втратили більше 40% своєї енергії. При низьких енергіях (менше 50 еВ) кількість емітованих електронів різко збільшується. Поява максимуму на 1-ій ділянці пов’язана із вторинною електронною емісією.

Коефіцієнт вторинної електронної емісії d визначається за співвідношенням:

, (1.16)

де , i_ве – кількість і струм вторинних електронів; n, і – загальна кількість і струм електронів, що покинули зразок.

Рисунок 1.13 – Загальний енерге-тичний розподіл електронів, які емітують із твердого тіла

Вторинні електрони виникають унаслідок взаємодії первинного пучка, що має велику енергію, зі слабозв’язаними електронами провідності. При такій взаємодії відбувається передача енергії порядку декількох еВ. Максимум на ділянці 1 розподілу (рис. 1.13) відповідає енергії 3-5 еВ. Вторинні електрони можуть утворюватися падаючим електронним пучком у момент падіння його на зразок, а також електронами, що покидають мішень (рис. 1.14). Глибина генерації вторинних електронів становить 0,01 від розмірів області взаємодії (для металів порядку 5 нм, для діелектриків – 50 нм). Необхідною умовою вторинної електронної емісії є отримання електроном імпульсу або складової імпульсу, нормальної до поверхні.

Рисунок 1.14 – Можливі варіанти утворення вторинних електронів [2]: 1 - падаючий пучок; 2 - траєкторії електронів пучка у мішені; 3 - вторинні електрони, утворені при вході у мішень електрона пучка; 4 - вторинні електрони, утворені при виході з мішені відбитого електрона

Коефіцієнт вторинної електронної емісії для двох випадків утворення описується таким співвідношенням:

, (1.17)

де , – коефіцієнти, обумовлені вторинними електронами, які утворені в момент падіння пучка та при виході відбитого електрона зі зразка відповідно; – коефіцієнт відбиття.

Відношення / істотним чином залежить від атомного номера матеріалу мішені. Так, для вуглецевої мішені воно становить 0,18, мідної – 0,9 і срібної – 1,5 при коефіцієнтах відбиття відповідно 0,06, 0,3 та 0,5. Для елементів з малим атомним номером густина вторинних електронів, що генеруються первинним пучком, більше густини вторинних електронів, що генеруються відбитими електронами.

При скануванні електронним пучком по поверхні зразка вторинні електрони піддаються дії локальних поверхневих потенціалів і передають інформацію на зображення про приповерхневі властивості мішені у точці падіння пучка. Вторинні електрони, утворені відбитими електронами, проявляються на зображенні як шум.

Коефіцієнт вторинної електронної емісії є відносно нечутливим до елементного складу зразка, тобто не спостерігається істотної залежності d від атомного номера. Для більшості матеріалів d » 0,1 при Е₀ = 20 кеВ, хоча для деяких (наприклад, Au) він становить 0,2. Коефіцієнт вторинної електронної емісії залежить від хімічного складу мішені. У цьому випадку на величину d впливають природа хімічного зв’язку, сорт атомів, які утворюють сполуку, електропровідність мішені, величина діелектричної проникності. Коефіцієнт вторинної електронної емісії залежить також від кута нахилу пучка (рис. 1.15) й описується законом секансу:

Рисунок 1.15 – Характер залежності коефіцієнта вторинної електронної емісії від кута нахилу пучка

, (1.18)

де – коефіцієнт вторинної електронної емісії при нормальному падінні пучка.