Диссертация (Создание высокоточных методов анализа твердых тел на основе расшифровки данных электронной спектроскопии методами инвариантного погружения)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Создание высокоточных методов анализа твердых тел на основе расшифровки данных электронной спектроскопии методами инвариантного погружения". PDF-файл из архива "Создание высокоточных методов анализа твердых тел на основе расшифровки данных электронной спектроскопии методами инвариантного погружения", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "физико-математические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. , а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»На правах рукописиКапля Павел СергеевичСОЗДАНИЕ ВЫСОКОТОЧНЫХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА ТВЕРДЫХ ТЕЛНА ОСНОВЕ РАСШИФРОВКИ ДАННЫХ ЭЛЕКТРОННОЙСПЕКТРОСКОПИИ МЕТОДАМИ ИНВАРИАНТНОГО ПОГРУЖЕНИЯСпециальность 01.04.04 — «Физическая электроника»Диссертация на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доц. д.ф.-м.н.Афанасьев В.П.Москва — 20162ОглавлениеСтр.Введение .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Глава 1. Современное состояние электронной спектроскопии . . . . . . . . . . . .1.1 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) . . . . . . . . . . . .1.2 Оже-спектроскопия Auge Electron Spectroscopy (AES) . . . . . . . .
. . . . .1.3 Спектроскопия пиков упруго отраженных электронов (СПУЭ) - Elastic PeakElectron Spectroscopy (EPES) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.4 Спектроскопия характеристических потерь энергии EELS, REELS и TEELS1.5 Спектроскопия отраженных электронов (СОЭ) .
. . . . . . . . . . . . . . . .1.6 Основные результаты и выводы второй главы . . . . . . . . . . . . . . . . . .4. . . . 8. . . . 10. . . . 17....Глава 2. Описание сигналов электронной спектроскопии на основе методовинвариантного погружения (МИП) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.1 Уравнение переноса электронов, легких ионов и фотонов в твердом теле . . .2.2 Метод инвариантного погружения . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .2.3 Метод инвариантного погружения в задачах многократного рассеяния свнутренними источниками электронов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.4 Разложение по кратностям неупругого рассеяния и азимутальным гармоникам2.5 Основные результаты и выводы второй главы . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .............18202629. . . 31. . . 31. . . 34. . . 40. . . 44. . . 46Глава 3. Методы решения уравнения переноса в инвариантном погружении . . . . . .3.1 Решение уравнения переноса в приближении однократном и приближении«прямо вперед» . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2 Решение уравнения переноса методом инвариантного погружения в малоугловомприближении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3 Численное решение уравнения переноса . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . .3.4 Моделирование рассеяния электронов в твердом теле методом Монте-Карло . . .3.5 Апробация расчетных моделей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.6 Основные результаты и выводы третей главы . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . ......4857707587Глава 4. Использование представленных методов для обработки результатов ЭС . .4.1 СОЭ спектроскопия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 Восстановление сечений неупругого рассеяния алюминия и ниобия . . . . . . .4.3 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия с энергетическим разрешением4.4 Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением . . . . .4.5 Основные результаты и выводы четвертой главы .
. . . . . . . . . . . . . . . . .......898996106111120....... 47. 473Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124Список литературы .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1264ВведениеАктуальность темыНастоящая диссертация посвящена развитию моделей многократного рассеяния в твердыхтелах электронов с энергиями от сотен до нескольких тысяч электронвольт. Целью исследованияявляется создание методик расшифровки сигналов электронной спектроскопии для неразрушающего послойного исследования состава поверхности твердых тел.Актуальность поставленной задачи обусловлена быстрым развитием нанотехнологий и возникновением технологий атомарного разрешения, методов, требующих для своей реализациивысокоточного контроля компонентного и послойного состава производимых изделий. Наиболее адаптированными к решению указанных задач являются методы анализа на основе Электронной Спектроскопии (ЭС): Рентгеновская Фотоэлектронная Спектроскопия (РФЭС), Оже–Спектроскопия (ЭОС), Спектроскопия Пиков Упруго Отраженных Электронов (СПУОЭ) и Спектроскопия Отраженных Электронов (СОЭ).
Быстрыми темпами совершенствуется аппаратура, накоторой возможно реализовать указанные методы анализа: абсолютное энергетическое разрешение достигает сотых долей электронвольта при анализе спектров с энергий в десятки кэВ. Измерение энергетических спектров возможно выполнять в интервале углов визирования равном ±35◦ ,не изменяя положения мишеней, зонда, энергоанализатора и т.д. В измеряемых спектрах содержится исчерпывающая информация об объекте исследования, но извлечение этой информации,в настоящее время, наталкивается на определенные трудности.
Главная проблема заключается вотсутствии адекватных моделей формирования спектров ЭС. Задача определения состава исследуемой мишени по спектру рассеянных электронов является обратной задачей математическойфизики и относится к классу некорректных. Наиболее надежным, в силу слабой обусловленности задачи, является метод фитинга – подбора варьируемых параметров, который требует многократного решения прямой задачи. В такой ситуации наиболее часто используемый сегодня методМонте-Карло оказывается неэффективным в силу недостаточной производительности. Требуетсябыстрый, точный и адекватный решаемой задаче алгоритм расчета электронных спектров.Для описание энергетических спектров ЭС необходимо иметь информацию о дифференциальных сечениях неупругого рассеяния электронов в веществе.
На сегодняшний день не существует достоверных табличных или расчетных данных, содержащий такие сечения. Ситуациядополнительно усугубляется различиями в характере потерь энергии электрона в приповерхностных слоях вещества и толще мишени, что заставляет переходить к многослойным системам дажедля описания спектров чистых образцов. Описанные в литературе методы, тем не менее, предлагают вести восстановление в однослойной модели и использовать прямые методы восстановления. В силу плохой обусловленности задачи такие подходы приводят к нефизичным особенностям сечений или отрицательным областям.
Наиболее перспективным способов восстановлениядифференциальных сечений является применение процедур фиттинга для модельных физическиобоснованных видов зависимостей для описания экспериментальных данных.5Целью настоящей диссертации является создание методик обработки экспериментальныхданных ЭС, реализованных в виде программ, позволяющих с максимально высокой точностьюи быстродействием определять качественный и количественный состав исследуемой мишени поэнергетическим спектрам рассеянных и фотоэлектронов, а также разработка методов восстановления дифференциальных сечений неупругого рассеяния из экспериментальных данных.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:1. Создание методов точного численного решения граничных задач для уравнений переносаэлектронов, описывающих энергетические и угловые спектры в различных методикахэлектронной спектроскопии.2. Развитие методов решения граничных задач для уравнений переноса электронов в малоугловом приближении, позволяющих достигать приемлемой точности при рекордновысоком быстродействии.3. Обобщение решений уравнения переноса на описание слоисто неоднородных образцов.4.
Реализация метода восстановления дифференциальных сечений неупругого рассеяния воднородном массиве и приповерхностных слоях образца из экспериментальных данных.5. Создание методик описания спектров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии вшироком интервале потерь энергии.Развитие методов расшифровки электронной спектроскопии спектров затормозилось в 80-е годыпрошлого века. Это происходило на фоне быстрого развития методов расшифровки оптическихспектров, позволяющих определять состав атмосферы Земли по данным рассеяния Солнечного излучения, методов основанных на решении уравнений подобных тем, что описывают многократноеэлектронное рассеяние.
Поэтому одна из целей диссертации заключается в адаптации методов,развитых в дистанционном зондировании атмосферы Земли, к задачам электронного рассеяния.Основные положения, выносимые на защиту, и научная новизнаВ диссертационной работе впервые получены следующие результаты:1. Благодаря группировке электронов по кратностям неупругого рассеяния получены системы уравнений для функций отражения, пропускания и уравнений, описывающих плотность потока фотоэлектронов, представляющих собой решение граничных задач дляуравнений переноса электронов в твердом теле. Создана методика описания энергетических спектров электронной и фотоэлектронной спектроскопии.2. Впервые методы точного численного решения уравнений типа Рикатти, Ляпунова иСильвестра применены для описания спектров характеристических потерь энергии иэнергетических спектров фотоэлектронов. Выполнена апробация полученных решенийна основе сравнения с результатами моделирования методом Монте-Карло, результатамидругих авторов и экспериментальными данными.3.
