Електронна Оже-спектроскопія
В основі методу лежить оже-ефект, який відкрив французький фізик П'єр Віктор Оже (Pierre Victor Auger) у 1920-х роках. Суть ефекту полягає в тому, що при опроміненні зразка пучком високоенергетичних квантів, іонів або електронів можливе «вибивання» електрона з однією з внутрішніх оболонок атома. Оскільки такий стан атома нестабільно, вакансія, що утворилася, швидко заповнюється електроном з більш високо розташованих оболонок, що супроводжується випромінюванням фотона або електрона (що знаходиться на одній з верхніх оболонок атома), що забирає різницю енергій між вихідним і кінцевим енергетичними рівнями. У першому випадку відбувається звичайна рентгенівська флуоресценція (див. нижче), а в останньому випадку якраз і проявляється ожефект, причому енергетичний спектр оже-електронів дозволяє з великою точністю ідентифікувати елементний склад речовини.
У зв'язку з тим, що електрони з енергією 5-2000 еВ, що використовуються в ожеспектроскопії, сильно розсіюються в твердому тілі, даним метод дозволяє досліджувати лише тонкий поверхневий шар завтовшки 1-2 нм.
Принцип оже-процесу схематично представлений малюнку. Первинний електрон, який зазвичай має енергію в діапазоні 2–10 кеВ, вибиває електрон з глибокого рівня, після чого обидва електрони залишають атом. На рис.апоказано утворення електронної вакансії на K-рівні. Ця вакансія заповнюється електроном із вищого рівня, скажімо, з L1-рівня. Іонізований атом виявляється в сильно збудженому стані і швидко релаксує в нижчий за енергією стан в результаті одного з двох можливих процесів:
- Оже-емісії (безвипромінювального переходу);
- Рентгенівської флуоресценції (випромінювального переходу).
В оже-процесі беруть участь три електрони, що означає,що ефект може спостерігатися всім елементів періодичної таблиці, крім H і He, які мають менше трьох електронів на атом.
Для запису оже-переходів використовують номенклатуру, аналогічну до номенклатури, що використовується при описі процесів рентгенівської спектроскопії, і вказують рівні, залучені в процес. Наприклад, перехід, показаний на рис.а, позначається як KL1L2,3. Якщо оже-процес відбувається у твердому тілі й у ньому беруть участь валентні електрони, то позначення рівнів атомі замінюються символом V (валентна зона). Як приклад на рис.впоказаний L2,3VV оже-перехід.
Кінетична енергія випущеного електрона у прикладі, показаному на рис.а, може бути оцінена з енергії зв'язку рівнів, залучених у процес, у вигляді
,
де – робота виходу матеріалу.
Слід зазначити, що вираз дає грубу оцінку, оскільки у ньому не враховується те, що випромінювання електрона походить з іона, а чи не з нейтрального атома. Іонізація атомів призводить до зміщення електронних рівнів вниз, що, природно, впливає на енергію оже-електронів, що випускаються.
Висока поверхнева чутливість, можливість отримання кількісної інформації та простота використання призвели до того, що метод ожеспектроскопії широко використовується в дослідницьких лабораторіях, а також у хімічній промисловості, металургії та мікроелектроніці.