Метод эталонов. 
Оже-электронная спектроскопия

Для реализации метода эталонов необходим контрольный образец с идентичной матрицей и известной концентрацией атомов исследуемого элемента. Тогда трудноопределимые величины и R приблизительно одинаковы. При этом условия эксперимента в обоих случаях должны быть строго одинаковыми, то есть необходимо постоянство I_F, G_i и. Если для обозначения эталона ввести индекс «э» и для образца с неизвестной концентрацией атомов индекс «х», то, применяя уравнение (3) для исследуемого объекта и эталона и деля одно выражение на другое, получим.

. (4).

Основной проблемой (порой неразрешимой) в этом методе является изготовление эталонных образцов, поэтому на практике чаще используют второй из упомянутых выше методов.

Метод, учитывающий факторы элементной чувствительности

Сразу заметим, что в методе не учитывается тот факт, что атомы элемента, концентрацию которых мы хотим определить, внедрены в некоторую матрицу, которая, как вы уже знаете, в сильной степени влияет на и R. По этой причине он, строго говоря, не является количественным (ошибка может достигать 30%) и служит лишь для оценочных расчетов.

Идея метода чрезвычайно проста. Атомная концентрация какого-либо сорта атомов N_i в многокомпонентном образце, содержащем n сортов атомов, может быть выражена следующим образом:

. (5).

Здесь, а — некоторая константа, I_i — соответствующий ток оже-электронов, а S_i — фактор элементной чувствительности, который показывает, во сколько раз величина оже-сигнала от образца, состоящего исключительно из атомов i-го сорта, отличается от той же величины для некоторого стандарта (в качестве стандарта обычно выбирается чистое серебро). При этом соответственно подразумевается, что все измерения сделаны при одинаковых условиях. Величина S_i либо берется из таблиц, либо определяется непосредственно в эксперименте. Тогда для полной концентрации N всех атомов, входящих в состав образца, можно записать:

. (6).

Из (5) и (6) легко определяется относительная атомная концентрация C_k (выраженная в долях единицы) для атомов любого сорта:

. (7).

Для иллюстрации метода приведем один пример. На рис. 6 показан спектр оже-электронов (в дифференцированном виде), полученный от поверхности образца из нержавеющей стали, в состав которой входят Fe, Ni и Cr. Из рисунка видно, что у хрома имеются два, а у железа три оже-пика. Для расчета были использованы наиболее интенсивные линии железа и хрома и одна-единственная линия никеля (эти линии на рисунке отмечены звездочками). В результате расчета получены следующие концентрации компонентов в относительных единицах: Fe 0,68(0,702), Ni 0,09(0,093), Сr 0,22(0,205). В скобках указаны истинные концентрации компонентов нержавеющей стали. Приведенный пример наглядно свидетельствует о том, что с помощью метода ОЭС достаточно быстро и с хорошей точностью может быть проведен элементный анализ приповерхностных слоев твердых тел.

Рисунок 6. Спектор оже-электронов от поверхности нержавеющей стали.

Несколько слов следует сказать об абсолютной чувствительности метода ОЭС. Если говорить о минимально регистрируемой объемной концентрации атомов (~10−19 см^-3), то ОЭС по этому параметру сильно уступает другим методикам. Главное преимущество оже-электронной спектроскопии заключается в другом — в возможности обнаружения малых примесей на поверхности (точнее, в слое толщиной ~0,5−1,0 нм). В массовом измерении чувствительность метода составляет <10−14 г. Если распределить столь малое количество вещества на поверхности в один слой атомов, то оно будет соответствовать всего лишь 10^-3 монослоя.