Химическая энциклопедия
, физ. методы исследования и локального анализа пов-сти твердых тел с помощью пучка сфокусированных электронов (зонда). Пучки электронов получают с помощью электронной пушки - вакуумного устройства, обычно диода, в к-ром электроны вылетают из катода благодаря гл. обр. термоэлектронной эмиссии и ускоряются электрич. полем. Фокусировку пучков осуществляют электронными линзами, создающими необходимые электрич. и магн. поля. В Э.-з. м. используют первичные медленные (с энергией Е 0 10-103 эВ) и быстрые (Е 0 103-106 эВ) электроны.
После взаимод. пучка первичных электронов с пов-стью исследуемого образца можно регистрировать упруго или неупруго рассеянные электроны, вторичную электронную эмиссию, эмиссию десорбированных атомов или ионов, электромагн. излучение в рентгеновской или оптич. области, наведенный в образце электрич. ток или эдс.
По характеру получаемой информации Э.-з. м. можно разделить на 3 группы: 1) методы исследования топографии пов-сти и кристаллич. структуры твердых тел; 2) методы локального анализа; 3) методы исследования электрофиз. характеристик и электронной структуры твердых тел. К первой группе относятся, в частности, электронная микроскопия - трансмиссионная (просвечивающая) (ТЭМ) и растровая (РЭМ), методы дифракции медленных (ДМЭ) и быстрых ДБЭ) электронов; ко второй - рентгеноспектральный микроанализ (РСМА; см. ниже), катодолюминесцентный микроанализ (КЛМА), электронно-зондовая масс-спектрометрия (ЭМС), оже-спектроскопия (ОС), спектроскопия характеристич. потерь энергии электронов (СХПЭ), спектроскопия пороговых потенциалов (СПП); к третьей - наряду с последними тремя из перечисленных методов относятся методы ДБЭ, ДМЭ, наведенной эдс и др. Одной из основных характеристик Э.-з. м. является локальность L - размер зоны, о составе и строении к-рой получают информацию. Значения этой величины как в поперечном (по пов-сти,
), так и в продольном (по глубине,
) направлениях существенно различаются для разных методов, что видно из таблицы. В последней приведены также значения относит. (С мин) и абсолютных (q мин) пределов обнаружения элементов и относит. стандартные отклонения
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОННО-ЗОНДОВЫХ МЕТОДОВ И ОБЛАСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЕЯ
| Электронно -зоидовые методы |  нм |  нм | С мин, % | q мин, г | Осн. области и объекты исследования | |
| РЭМ | 2 | 5 | Ч | 10-19 | Ч | Топография шлифов, изломов |
| ТЭМ | 0,2 | 10 | Ч | 10-20 | Ч | Микродефекты кристаллич. структуры |
| РСМА | 103 | 5 x 102 | 10-2 | 10-15 | 0,01 | Локальный элементный состав |
| КЛМА | 103 | 103 | 10-5 | 10-18 | 0,10 | Распределение примесей в полупроводниках и диэлектриках |
| ОС | 50 | 5 | 10-1 | 10-20 | 0,10 | Локальный элементный состав |
| СХПЭ | 2 | 10 | 1 | 10-20 | 0,20 | Микродефекты кристаллич. структуры |
| ДМЭ | 106 | 0,5 | Ч | 10-7 | Ч | Адсорбированные газы |
| ДБЭ | 105 | 102 | Ч | 10-6 | Ч | Кристаллич. структура пов-сти |
| СПП | 105 | 1 | 1 | 10-12 | 0,30 | Состав и электронная структура пов-сти |
| ЭМС | 105 | 10 | 10-4 | 10-16 | 0,10 | Поверхностные загрязнения |
В хим. исследованиях наиб. важны аналит. Э.-з. м., относящиеся ко второй группе. Среди них самый распространенный - метод рентгеноспектрального микроанализа, основанный на генерировании в выбранном локальном участке анализируемого образца характеристич. рентгеновского излучения (см. Рентгеновская спектроскопия), по спектру к-рого устанавливают качеств. и количеств. элементный состав выбранного участка.
Характеристич. рентгеновское излучение получают облучением образца электронным зондом со след. параметрами: диаметр зонда 
1 мкм, сила тока i3 10-7-10-9 А, энергия E0 1-50 кэВ. При взаимод. первичных электронов с атомами пробы происходят возбуждение и ионизация последних вследствие удаления электронов с ближайших к ядру оболочек - К, L и т. д. (при этом энергия первичных электронов уменьшается на определенную величину, что используется в СХПЭ). Возбужденные и ионизованные атомы релаксируют за время ~ 10-15 с по излучат. или безызлучат. механизму. В первом случае генерируется характеристич. рентгеновское излучение, во втором - образуются оже-электроны. Вероятность излучат. перехода характеризуют отношением wчисла атомов, релаксирующих по излучат. механизму, к общему числу возбужденных атомов. Эта величина растет с ростом атомного номера Z элемента и существенно зависит от того, с какой оболочки выбивается электрон при ионизации атома. Напр., для Na, Ti и Br
Характеристич. рентгеновское излучение с интенсивностью I о частично поглощается и выходящее из анализируемого образца излучение имеет интенсивность 
где 
- плотность образца; х - путь, пройденный излучением в образце;
- массовый коэф. поглощения, нелинейно зависящий от энергии квантов характеристич. рентгеновского излучения.
Выходящее из образца излучение разлагают в спектр (т. е. получают зависимость интенсивности / от энергии Е)с помощью рентгеновских спектрометров с волновой (ВДС) или энергетич. (ЭДС) дисперсией. Действие ВДС-спектро-метров (рис. 1) основано на условии Вульфа-Брэгга:
где 
- длина волны характеристич. рентгеновского излучения; п - целое положит. число, называемое порядком отражения; d - межплоскостное расстояние в кристалле-анализаторе;
- брэгговский угол (угол падения и отражения рентгеновского излучения от кристалла-анализатора).
Рис. 1. Схема ВДС-спектрометра: О -анализируемый образец; К- А - кристалл-анализатор; Д - детектор; е -электронный зонд; Р. И.- рентгеновское излучение; Для разл. диапазонов ЭДС-спектрометры снабжены охлаждаемыми 81(Li)-детекторами, позволяющими работать при существенно более низких i3, чем в ВДС-спектрометрах, но имеющими худшее разрешение ( По положению линий характеристич. рентгеновского излучения в спектре (рис. 2) идентифицируют атомы, входящие в состав анализируемой пробы (качеств. анализ), по интенсивности выбранных аналит. линий определяют их содержание (количеств. анализ). При этом относит. предел обнаружения (C мин) определяется соотношением величин полезного сигнала и фона. Фон в РСМА самый высокий по сравнению с др. методами рентгеновской спектроскопии, вследствие генерирования непрерывного рентгеновского излучения при торможении первичных электронов в пробе. Верхняя энергетич. граница непрерывного рентгеновского излучения определяется энергией Е 0 первичных электронов, нижняя - сильным самопоглощением рентгеновского излучения в образце (при Е Рис. 2. Рентгеновский спектр в РСМА: 1 - линии характеристич. рентгеновского излучения; 2 -непрерывное рентгеновское излучение без поглощения (фон); 3 -область самопоглощения непрерывного рентгеновского излучения. При проведении количеств. анализа сопоставляют измеренную интенсивность ( Х )характеристич. рентгеновского излучения определяемых атомов (концентрация к-рых С х) в анализируемой пробе с интенсивностью I ст характеристич. рентгеновского излучения тех же атомов (концентрация С ст) в образце известного состава, т. е. стандартном образце: Х/I ст = FCx/C ст, где F- поправочный коэф., учитывающий разл. поглощение выходящего излучения в анализируемом и стандартном образцах, разл. рассеяние и торможение первичных электронов в них, а также различие в эффектах возбуждения рентгеновской флуоресценции характеристич. и непрерывным излучением. Для расчетов F чаще всего используют микро-ЭВМ, установленные на выходе рентгеновских микроанализаторов. Погрешности количеств. РСМА в лучших случаях не превышают 1-2%. При этом случайные погрешности, связанные с измерениями интенсивности I, м. б. снижены до величины относит. стандартного отклонения sr< 0,01. Систематич. погрешности, определяемые в осн. величиной F, также м. б. меньше 1%. Осн. источник погрешностей в количеств. РСМА - процесс подготовки пробы к анализу. Поэтому важнейшими операциями являются шлифовка и полировка анализируемых и стандартных образцов, хим. обработка или "металлизация" их пов-сти (для образцов с низкой электро-или теплопроводностью). Хотя относит. пределы обнаружения высоки (10-1-10-2 %), абсолютные пределы обнаружения достигают очень низких значений - 10-14-10-15 г благодаря высокой локальности РСМА применяют для анализа индивидуальных частиц (в порошках, аэрозолях), микровключений в чистых материалах, определения состава фаз в минералах и сплавах, распределения элементов в тонких слоях и гетероструктурах. РСМА используют для исследования процессов диффузии, кристаллизации, коррозии, получения композиционных материалов и т. д. Лит.: Рид С., Электронно-зондовый микроанализ, пер. с англ., М., 1979; Черепин В. Т., Васильев М. А., Методы и приборы для анализа поверхности материалов, К., 1982; Количественный электронно зовдовый микроанализ, пер. с англ., М., 1986; Гимельфарб Ф. А., Рентгеноспектральный микроанализ слоистых материалов, М., 1986. Ф. А. Гимельфарб. 
- брэгговский угол; R- радиус окружности Роуланда. 
используют кристаллы-анализаторы с разными d(напр., LiF, кварц, фталат таллия). Увеличение R - радиуса окружности Роуланда, проведенной через три точки в образце, кристалле-анализаторе и детекторе, повышает спектральное разрешение 
но при этом уменьшает интенсивность I. Величина 
достигает обычно 10 эВ. В качестве детектора чаще всего используют проточные пропорциональные счетчики. 
ок. 150 эВ). Одно из достоинств ЭДС-спектрометров - отсутствие наложения аналит. линий с разными и, что возможно в ВДС-спектрометрах. 
1 кэВ). 
В спец. методах РСМА удается проводить количеств. анализ субмикронных слоев и послойный анализ с разрешением по глубине 
<0,1 мкм. При количеств. анализе гетерогенных материалов необходимо учитывать эффекты гетерогенного фона (см. Локальный анализ )вблизи межфазных границ (причем зона действия таких эффектов может существенно превышать 
и достигать десятков и даже сотен мкм).