Диссертация (Изучение электронного и атомного строения нанослоев Al2O3 при контакте с TiN и диэлектриков на основе SiO2), страница 9

2.8 Схема ондулятора UE 56 с дополнительным магнитом CH,позволяющим разделить поток электронов на две части в горизонтальнойплоскости [115].Основные элементы канала UE56/2_PGM-2: тороидальное зеркало,расположенное перед монохроматором; монохроматор, состоящий изплоской дифракционной решетки (1200 штрихов/мм), имеющей золотоепокрытие, в сочетании с плоским зеркалом; фокусирующая система,состоящая из цилиндрического зеркала, выходной щели и коническогозеркала.57Тороидальное зеркало М1 с платиновым покрытием является первымоптическим элементом канала и выполняет две функции: горизонтальнофокусирует пучок практически без увеличения (17:18) на образец иколлимируетпучокколлимированныйввертикальнойпучокпопадаетнаплоскости.ПослемонохроматоризеркалаМ1вертикальнодиспергируется.Конструкция монохроматора подробно описана в [113].

Монохроматорработает согласованно с ондулятором, т.е. при сканировании по энергииодновременно вращаются плоская дифракционная решетка G и плоскоезеркало М2 вокруг фиксированных осей и изменяется положение магнитов вондуляторе. Ондулятор создает дискретный спектр фотонов с наборомэнергетических гармоник, конкретная энергия которых непрерывно меняетсяпри постепенном изменении расположения магнитов. Задача монохроматора– фильтрация спектра путем выбора определенной гармоники.За монохроматором расположена система зеркал, функцией которыхявляется фокусировка пучка.Продифрагировавшее излучение определенной длины волны λ попадаетна горизонтально отклоняющее цилиндрическое зеркало М3 с платиновымпокрытием, которое вертикально фокусирует излучение на выходную щель.Угол скользящего падения на фокусирующее зеркало зафиксирован исоставляет 3°.

Зеркало М3 работает в высоком отрицательном увеличении(уменьшает изображение) и, следовательно, можно ожидать значительныекома-аберрации. Для уменьшения комы расстояние зеркало – выходная щельмаксимально увеличивается и составляет 9 м.Следует особенно обратить внимание на то, что после ондуляторафактически распространяются два пучка, исходящие из двух точек,разделенных пространственно и в угловом отношении. Оптика канала непозволяет сводить эти два пучка в общую вертикальную фокальную точку навходной щели. Тем не менее, два пучка характеризуются примерноодинаковым распределением интенсивности (разница составляет ~ 2%) в58вертикальной плоскости при соответствующем положении выходной щелинесмотря на то, что один из двух лучей не сфокусирован в этой точке.Достигается такое перекрывание путем смещения выходной щели на 4 ммотносительно номинального положения в направлении от источника.

Такаярасфокусировка двух лучей, безусловно, приводит к уменьшению яркостипучка, тем не менее, она обеспечивает хорошую согласованность пучков ввертикальной плоскости.Горизонтально отклоняющее коническое зеркало М4 перефокусируетдва пучка вертикально на образец без увеличения или уменьшения (1:1). Посравнению с цилиндрическим зеркалом использование конического зеркалапозволяет достичь лучшего перекрывания вертикального распределенияинтенсивностей двух пучков на образце.Рассмотренный монохроматор обеспечивает проведение измерений вусловиях высокого энергетического разрешения. При использовавшейсяширине выходной щели 100 мкм энергетическое разрешение E/ΔE было нехуже, чем 3000.Экспериментальная станция «POLARIMETER»Станция «POLARIMETER» состоит из аналитической камеры и системыпредварительнойбыстройзагрузкиобразцов.Подробноеописаниеаналитической камеры можно найти в [116].В качестве детектора излучения использовался диод GaAsP (Шоттки) сшироким окном 4×4 мм в сочетании с электрометром Keithley 617.Управление всеми двигателями камеры и системой регистрации излученияосуществляется посредством компьютера через программу SPEC.При входе в камеру установлена дополнительная система селективныхфильтров-поглотителей,позволяющихподавлятьвысокиепорядкидифракции в энергетической области 55-950 эВ.

Кроме того, для калибровкиабсолютной энергетической шкалы получаемых спектров поглощения59измерялись BeK-, TiL2,3- и FeL2,3-края поглощения бериллиевого, титановогои железного фильтров в первом и высших порядках дифракции.Перемещение образца и детектора относительно падающего излученияосуществляется вращением образца и детектора в широком диапазоне угловпадения (0°-360°) с высоким угловым разрешением (0.005°).Система загрузки образцов имеет магазин, вмещающий до 10 образцов иотдельную систему откачки, которая позволяет произвести откачку камерызагрузки с атмосферного давления до вакуума 10-6 мБар за 10 минут.Перемещениеобразцовизмагазинакамерызагрузкивдержательаналитической камеры осуществляется при помощи манипулятора.-8Рабочее давление в аналитической камере было порядка 1*10 мБар.2.4 Экспериментальная станция Reflectometer, Оптический каналвывода синхротронного излученияИзмеренияспектральныхзависимостейкоэффициентаотраженияисследовавшихся образцов были выполнены на экспериментальной станции«Reflectometer», установленной на оптическом канале (Optics-beamline),сконструированном на дипольном поворотном магните.Конструкция и основные характеристики Оптического канала60Рис.

2.9 Схематический вид Оптического канала. BL – ограничительнаяапертура, М1 – тороидальное зеркало, М2 – плоское зеркало, PG – плоскаядифракционная решетка, М3 – цилиндрическое зеркало, HiOS – подавительвысоких порядков дифракции, SL – выходная щель, M4 – тороидальноезеркало, FSU – система фильтров-поглотителей и дополнительных щелей иапертур.На рис. 2.9 изображена схема устройства Оптического канала. Всеосновные элементы канала обозначены в подписи к рис. 2.9. Отражающиеповерхности всех зеркал и дифракционной решетки имеют золотое покрытиетолщиной 35 нм. Подробное описание канала можно найти в работе [117].В качестве источника излучения используется дипольный поворотныймагнит, который создает пучок с угловой расходимостью 2,33 × 0,5 мрад(горизонталь × вертикаль). Первый оптический элемент, тороидальноезеркало М1, расположенное в вертикальной плоскости, горизонтальнофокусирует пучок перед системой подавления высоких порядков дифракции(HiOS), а также выполняет вертикальную коллимацию пучка.

После этогопараллельный по вертикали пучок попадает на горизонтально расположенноеплоское зеркало монохроматора М2, и с его помощью отклоняется наплоскуюдифракционнуюрешеткуивертикальнодиспергируется.Использовалась решетка с плотностью штрихов 1200 мм-1.Далее излучение отражается от цилиндрического зеркала, котороефокусирует его по вертикали на выходную щель. Подавитель высокихпорядков дифракции (HiOS) состоит из двух пар кремниевых зеркал снапыленными полосками C (35 нм) и AlF3 (35 нм). Зеркала попарнопараллельны. Проходя систему HiOS, пучок отражается от каждого зеркала,при этом угол падения на зеркала подбирается таким образом, чтобы этотугол был меньше критического угла для рабочего диапазона энергий фотонов(в первом порядке дифракции), и в тоже время, чтобы для второго и болеевысоких порядков данный угол превышал критический. Таким образом61достигается подавление высоких порядков дифракции с эффективностьюоколо 104, при этом интенсивность первого порядка дифракции ослабляетсяне более, чем в два раза.

Для сравнения, фильтры-поглотители имеютэффективность порядка 101-102 и пропускание первого порядка дифракции науровне 15-50%.ПослесистемыHiOSизлучениепроходитгоризонтальнорасположенную выходную щель и дофокусируется на образец с помощьютороидального зеркала М4. С помощью дополнительных щелей и апертурнепосредственно перед измерительной камерой можно дополнительноограничивать поперечное сечение пучка. В данной работе поперечноесечение пучка было 260×185 мкм2 (вертикаль×горизонталь) при ширинещели 100 мкм. Энергетическое разрешение E/ΔE было не хуже, чем 2000.Экспериментальная станция «REFLECTOMETER»Схематическое изображение экспериментальной станции приведено нарис. 2.10.Рис.

2.10 Схематический вид основных элементов камеры отражения«Reflectometer»62Конструкция камеры отражения [118] предусматривает трехосноевращение образца. Держатель образца и рычаг с детекторами установлены наодном общем гониометре, который обеспечивает вращение всей системы вцелом вокруг оси, совпадающей с направлением пучка. Изменение углападения на образец возможно в пределах -180° - +180° за счет вращениягониометра вокруг оси, обозначенной как tx на рис. 2.10. При этом рычаг сдетекторами может свободно поворачиваться как в вертикальной, так игоризонтальной плоскости. Держатель образца, представляющий собойтрипод с шестью степенями свободы, обеспечивает точное пространственноеориентирование образца за счет поступательного перемещения вдолькоординатных осей x,y,z и вращения вокруг этих осей.В качестве детекторов используются диоды GaAsP (Шоттки) всочетании с электрометром Keithley 617. Такая система детекторовобеспечивает динамический диапазон измерения интенсивности излученияпорядка 108.

На разных детекторах установлены приемные окна разныхразмеров для выбора оптимального режима детектирования интенсивностиизлучения. В данной работе использовался детектор с широким окном 4×4мм для регистрации полной интенсивности излучения (отраженного ирассеянного образцом). Интенсивность падающего (отраженного) излученияизмеряется одним и тем же детектором при выведенном (введенном) изизлучения образце.Управление всеми двигателями камеры и системой регистрацииизлучения осуществляется посредством компьютера через программу SPEC.Система вакуумной откачки обеспечивает рабочее давление в камерепорядка 10-8мБар.632.5 Характеризация образцовВ рамках данной работы были исследованы следующие образцы:I.1)Природныймонокристаллическийα-кварц,имеющийгексагональную решетку 6H с параметрами a=4,913 Å, b=5,405 Å,d003=1,801 Å.2) Аморфный SiO2 (ам-SiO2), приготовленный методом сухогоокисления пластины кремния при температуре 1050°.