一种新的以光子激发的扫描俄歇显微镜

　　一、引言

　　电子显微镜，X射线显微镜和扫描隧道显微镜现已能达到nm级甚至A级的横向分辨率，但是这些仪器仅能用来观察样.man的形貌而不能戊接给出成份分布图像。常见的以电子束激发的扫描俄歇显微镜(Scanning Auger Micro-scope, SAM)虽然能用来获得成份分布图像，但是由于它的信号背景比小，能量分辨率差，有时对样品有破坏性，因而仅能用于稳定的样品和仅能进行简单的半定量元素分析。以X射线激发的小束斑化学分析用电子能谱( Elec-tron Spctroscopy for Chemical Analy-sis. ESCA)，也称XPS(S rayPhotoelectron Spectroscopy)，虽然也能给出成份分布图像而且也能给出化学价态方面的信息，但是由于它所提供的化学位移比俄歇电介能谱所提供的化学t.t_移小，而且[C f}=时需要一个单色器使用激发的x射线单色化，因而空间分辫率低，因此发展一种高空间分辨率高能量分辨率能从样品表面获得元素分布图像及化学信息的分析仪器仍然是厂一人分析一「作者的共同愿望。最近德国斯图加特大学物理研究所的V. W iistcnhagen等人成功地试制了一台新型的以X射线作为激发源的扫描俄歇显微镜(Photon-Induced Scan-ping Auger Microscope, PISAM)并用它获得一些初步的结果〔1〕。本文特把他们所作的工作作一简要介绍。

　　二、仪器原理

　　V. Wustenhagen等人提出的设if思想是利用从一个振荡器发射出来的同步辐射X射线(光户)代替常见的电f-束作为俄歇电子能谱仪的激发源，以足够的分辨率按N(E)的方式记录俄歇电子能谱，从而利用包含在俄歇精细结构中的lH线信息达到分析的[J的。他们的目标是把这种新型的SAM仪器发展成为具有亚微米级空间分辨率的仪器。据文献报道，用通常的电子束作激发滁时有存在着如下几个缺点:( 1)当用电子激发时它对能以分子状态出现那些元素如C. O. N等，的离化效率比用光子激发时低;( 2)当用电子激发时，要达到充分的聚焦和达到最高的离化效率必须采用较高的一次电子能量从而产生大量足以使价电子电离和分子分解的二次电子，因而使样品遭到较大的损伤;(3)由于高本底非弹性散射电户的作用，用电子激发所得的信背比和信噪比要比用光子激发时低很多，例如在特别重要的能量范围( 300--IOOOev这两种激发源的信背比相差两个数量级。因此对电子激发而言，要达到与光子激发相同的信背比或相同的图像反差就需要加大一次电子剂量从而使样品造成更大的损伤。

　　由于要激发俄歇电子所需的能量较大，故一般的实验室光源难以承担，为此，PISAM仪的设计者采用一个振荡器，也就是一个电子储存环中的周期性结构，来作为PISAM的激发源。由于干涉效应，这种装置能产生具有空间相干性和能量相干性的高密度的X射线。它是通过把30-- 40个磁子束的同步辐射的总功率都集中在几个mrad的立体角内(相对能量通带宽度为5%)0通过改变磁场强度来选择输出X射线的能量(波长)和强度。由于这种振荡器能提供输出波长可变密度特高的准单色X射线，因而可以直接用来作为不带单色器的SAM仪的激发源。根据仪器设计者的介绍，这种振荡器输出的光子流可以按以下三种方式用于高分辨俄歇谱仪中:(1)在经过能量过滤之后用此光资流大面积地照射样品然后用一个合适的电子光学系统在经过能量分析后把发射俄歇电子的样品表面的每一点都投射到一个灵敏检测器上从而得到样品表面的成分图像。以这种方式工作的PISAM仪器虽然正在研制，但由干建造费用高，技术难度大，期望的记数率高，仅适合于实验室用，难}Ti'}.`推广;(2)要用一个数值可变并由此数值来决定仪器空间分辨率的光栏仅让一小束X射线轰击样品而把其余的X射线遮断，在光拦后面让此·小束X射线在样品表面扫描从而获得线分布和而分布图像。虽然这种简单的装置的空间分辨率受光速发散度和光栏衍射效应的限制，但在不影响强度的情况下要达到几个um的空间分辨率，在固定能量通带的情况下要达到优于1w的高能量分辨率和以足够高的信噪比进行俄歇电子能谱测量是可能的。作为PISAM发展过程的第一阶段，这个方案已经实现，本文所介绍的就是按此方案设计的;(3)一个更完善的方式是设计和安装一个反射镜系统来缩小光栏的图像，在现在的情况下把光栏的像缩小30倍是可能的，因此当光子的能量与第(2)种方式的能量相似时，最终的空间分辨率可达100nma这种方式现已}I]人V. W u,tenhagen等人的下一阶段的PISAM仪改进的方向。