Auger és fotoelektron spektrumok –az inelasztikus háttér modellezése Egri Sándor Debreceni Egyetem, Kísérleti Fizika Tanszék ATOMKI

Az inelasztikus háttér Intrinsic veszteség: A hirtelen megjelenő lyuk hatása Tömbi veszteség: energiát ad át a delokalizált (közel szabad) és valencia elektronoknak tömb felület A közeghatár átlépése: Felületi veszteség detektor Detektálás elektron foton

A háttérkorrekció szükségessége A minta összetétele, az összetevők kémiai állapota Auger és fotoelektron-spektrumok analízise: - átmeneti energiák meghatározása - intenzitásarányok meghatározása - csúcsalak Szükséges: - a veszteségi spektrum eltávolítása - a veszteségi spektrum értelmezése: az összetevők mélységi koncentráció-eloszlása

Modellek: Toguaard: QUASES W. S. M. Werner: Parciális Intenzitások Analízise (PIA) Electron Transport in Solids for Quantitative Surface Analysis: a Tutorial Review W.S.M.Werner Surf. Interf. Analysis 31(2001)141 A modellek leírják: többszörös rugalmas (PIA) és rugalmatlan szórás félvégtelen minta, vékony rétegek térfogati, felületi(QUASES-REELS, PIA), intrinsic veszteségek Programok: QUASES (Quantitative Analysis of Surfaces by Electron Spectroscopy) SESSA (Simulation of Electron Spectra for Surface Analysis)

A veszteségi függvény definíciója A veszteségi függvény az egy ”ütközés” során az elektron által elvesztett kinetikus energia valószínüségi sűrűség-függvénye W(T) T W

A veszteségi függvény meghatározása optikai adatokból: A dielektromos állandó n – törésmutató k - kioltási tényező

Az elektron veszteségi függvényének származtatása a dielektromos függvényből A dielektromos függvény: a 0 – a Bohr sugár E – az elektron energiája az ütközés előtt Az elektron által a közegnek átadott impulzus nagysága: Az elektron által a közegnek átadott energia:

Az optikai veszteségi függvény, q=0 Cu WoWo T

Példa: A Ni optikai veszteségi függvénye T WoWo

A germánium veszteségi függvénye E=8000eV q=0 W T

A réz veszteségi függvénye q=0 E=730 eV, W

Különböző eljárással meghatározott veszteségi függvények REELS: Visszaszórt Elektron Energiaveszteségi Spektroszkópia

A Parciális Intenzitások Analízise -félempirikus modell -közepes energiájú elektronok: 100eV-500keV -MC szimuláció: rugalmas, rugalmatlan ütközések Rugalmatlan ütközés: Az elektron energiát veszít,de haladási iránya nem változik. Rugalmas ütközés: Irányváltoztatás, de nincs energiaveszteség. Veszteségi függvény: optikai adatokból Rugalmatlan közepes szabad úthossz A rugalmas szóródás differenciális hatáskeresztmettszete Rugalmas közepes szabad úthossz

Parciális intenzitások Félvégtelen germánium minta, 8000 eV-os elektronok, merőleges detektálás Parciális intenzitások, C i jelentése: C i megadja, hogy hány elektron ütközött rugalmatlanul i-szer, amíg áthaladva a mintán a detektorba jutott. C 0 – rugalmas csúcs meghatározása: Az elektronok pályájának egyenkénti szimulálása A rugalmatlan ütközések megszámolása A szimuláció eredménye

A többszörös veszteségek figyelembe vétele T- a kinetikus energia veszteség W 1 (E) – a veszteségi függvény W n – a tekintett veszteségi folyamatban n-szer résztvett elektronok energia-veszteségi eloszlása: parciális veszteségi eloszlás W1W1 W3W3 W2W2

A spektrum szimulálása F – parciális energia eloszlások, többféle veszteségi folyamat lehetséges W – parciális veszteségi eloszlások f o – forrásfüggvény, az atomot elhagyó elektronok energia-eloszlása -lineáris kombináció -az összes lehetséges veszteségi folyamat figyelembe vétele

A veszteségek levonása a mért spektrumból A veszteségi folyamatok függetlenek Az iteráció kiinduló pontja a mért spektrum (Y k,k=1) W k (T) – parciális veszteségi eloszlás A q-k a parciális intenzitások polinomjai A különböző eredetű veszteségekre egymás után

Alkalmazási példa: Germánium KLL Auger spektrum kiértékelési eljárás Germánium félvégtelen minta

A PIA háttérkorrigált spektrum illesztése Intrinsic veszteség

Szimuláció: forrásfüggvényből spektrum: SESSA Háttérkorrekció: spektrumból forrásfüggvény

Veszteségi függvények meghatározása optikai adatokból MC szimuláció, a parciális intenzitások meghatározása, spektrumok szimulálása (A szimulációt gyorsító FFT modul fejlesztése a SESSA-hoz) A háttérkorrekció elvégzése a PIA alapján (saját fejlesztésű program) A PIA alkalmazásával a háttérkorrekció pontosítása révén az Aguer és XPS programokban megjelenő kémiai és szilárdtest effektusok pontosabban vizsgálhatóak A spektrumok kiértékelésében az alkalmazott háttérkorrekciós modell okozta szisztematikus hiba megbecsülhető a PIA és a QUASES összevetésével.

SESSA

Köszönet: ATOMKI Elektronspektroszkópiai Osztály: Ge KLL mérések