Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твёрдого тела (1027497), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Исследуемый образец и детекторэлектронов расположены на оси цилиндров (рис.2.39 [7]). Внутренний цилиндр остается заземленным, а на внешний подается отрицательный потенциал. Разность потенциалов между внутренним ивнешним цилиндрами создает радиальное поле, тормозящее электроны. Входная и выходная щели анализатора расположены на краях полого внутреннего цилиндра по его окружности. Благодарясвоей осевой симметрии цилиндрическое зеркало действует какэнергоанализатор с пространственной фокусировкой.Рис.
2.39. Схема устройства анализатора типа «цилиндрическое зеркало». R1 и R2 –радиусы внутреннего и внешнего цилиндрических электродов [7]Как показано на рис.2.39, фотоэлектроны замедляются в тормозящем поле полусферических сеток, входят через входную щель ванализатор под углом 42.3 ± 6° и отклоняются в радиальном полемежду цилиндрами. Далее они проходят через выходную щель ипопадают на детектор.
При заданных параметрах через анализаторпройдут только электроны с определенной кинетической энергией.Экран на оси внутреннего цилиндра не дает электронам проходитьпрямо от образца к детектору. Для получения спектра можно либоизменять потенциал на внешнем цилиндре, либо тормозящее поле.Разрешающая способность анализатора типа цилиндрического зеркала определяется шириной щели S и радиусом внутреннего цилиндра R1 согласно выражению R E ≈ 5.56 R1 / S [19]. По сравнению с полусферическим анализатором, анализатор типа цилиндрического зеркала характеризуется более высокой пропускной способностью, а следовательно – чувствительностью вследствие большого угла сбора электронов ( ± 6° ), однако обладает меньшей раз-111решающей способностью.
В силу этого анализаторы такого типачаще всего используются в оже-электронной спектроскопии.Бездисперсионный энергоанализаторВ бездисперсионном энергоанализаторе, схема которого представлена на рис.2.40, имеются два сферически-симметричных тормозящих поля. Первое из них служит отражательным фильтром,который отражает только медленные электроны, а второе – фильтром, пропускающим только электроны большой энергии.
Полосаотражения первого из них перекрывается с полосой пропусканиявторого в небольшом энергетическом интервале, которым, как показано в верхней части рис.2.40, и определяется полоса пропускания энергоанализатора.Рис. 2.40. Схема устройства бездисперсионного энергоанализатора и зависимостькоэффициента отражения фильтра низких энергий и коэффициента пропусканияфильтра высоких энергий от кинетической энергии электронов. Перекрытие полосотражения и пропускания фильтров определяют полосу пропускания анализатора[7]Покинувшие образец фотоэлектроны предварительно тормозятся до скоростей, соответствующих полосе пропускания анализатора.
Пройдя плоскопараллельный анализатор низкого разрешения,расположенный под углом 45о к падающему пучку, электроны сэнергией в выделенном интервале отклоняются и через входную112диафрагму направляются к фильтру низких энергий. Те из электронов, энергия которых не превышает номинального значения, соответствующего потенциалу фильтра, отражаются обратно и фокусируются через центральную диафрагму анализатора, а электроны сбольшей энергией попадают на поверхность электростатическогозеркала и, рассеиваясь, выходят из пучка.
Электроны, отраженныефильтром низких энергий, фокусируются квадрупольной линзой ипопадают на фильтр высоких энергий. Те из них, энергия которыхвыше номинальной энергии фильтра, проходят к детектору, а остальные возвращаются обратно в анализатор и не регистрируются.Спектр получают, изменяя тормозящее поле при постоянном значении энергии, пропускаемой анализатором [7].2.7.3. Детектор электроновПрактически, во всех коммерческих фотоэлектронных спектрометрах в качестве детектора электронов используется канальныйэлектронный умножитель. Канальный электронный умножительпредставляет собой тонкую трубку из полупроводящего стекла,вдоль которой прикладывается разность потенциалов (2-4 кВ). Пристолкновении электронов, попадающих внутрь трубки, с ее стенкойпроисходит генерация вторичных электронов. Эти электроны ускоряются и отклоняются в поле приложенной разности потенциалов,испытывая многократные столкновения с поверхностью, что приводит к каскаду вторичных электронов, собираемых на выходе изтрубки (рис.2.41, а).Для оптимизации работы умножителя его изготавляют в видезакрученной по спирали трубки (см.
рис.2.41, б). Выходной сигналумножителя – это последовательность импульсов, поступающих наусилитель, а затем – на цифроаналоговый преобразователь, многоканальный анализатор и управляющий компьютер. В силу своейкомпактности на выходе из входной щели энергоанализатора можетбыть установлено сразу несколько канальных электронных умножителей, что дает возможность повысить чувствительность спектрометра. Многоканальный электронный умножитель представляетсобой пластину, состоящую из сотен и даже тысяч параллельныхканальных электронных умножителей диаметром ~10 мкм и длиной113Рис. 2.41.
Схематическое изображение устройства канального электронного умножителя: а – прямой канальный электронный умножитель с длиной канала L идиаметром D; б – изогнутый канальный умножитель с прямоугольным входнымотверстием; в – многоканальный электронный умножитель [19]канала 1-2 мм (см. рис.2.41, в).
Детектор такой конфигурации является пространственно-чувствительным и может использоваться дляполучения изображений [19].2.8. Использование метода РФЭС в исследовании наноструктур и поверхности твердого тела2.8.1. Образование наноструктур на поверхности Si (100),индуцированное адсорбцией кислородаМетоды РФЭС и АСМ позволили провести исследования процессов на поверхности кремния Si (100), взаимодействующей с кислородом вблизи порога зародышеобразования твердого оксида 24.Установлено, что порог зародышеобразования является границейобластей температур и давлений кислорода, в которых имеют местофазовый переход образования субмонослойного оксида и переходогрубления, индуцируемый адсорбцией кислорода.
Обнаружено,что вблизи порога зародышеобразования на поверхности, покрытой24)В.Д. Борман, Ю.Ю. Лебединский, В.И. Троян // ЖЭТФ 114 (1998) с.239.114хемосорбированным кислородом, образуются как стохастическийшероховатый рельеф, так и квазипериодические структуры.Эксперименты были выполнены на электронном спектрометреXSAM-800. Рентгеновские фотоэлектронные спектры возбуждалисьизлучением Mg Kα источника (1253.6 эВ). Разрешение спектрометра по линии Au 4f1/2 составляло 0.9 эВ. Очистка образца производилась путем отжига в сверхвысоком вакууме в камере спектрометра(p~10-9 Торр, T=1300 К). Методика проведения исследования кинетики начального окисления поверхности Si(100) основана на измерении зависимости максимума интенсивности пика кислорода O1sот времени при экспозиции в кислороде.На рис.2.42 представлен РФЭ спектр Si2p (BE=99 эВ) поверхности Si(100) в присутствии кислорода.
Видно, что вблизи поверхности атомы кремния находятся в четырех оксидных состояниях, Si n+(n=1, 2, 3, 4) (см. рис.2.42, спектры а и b).Рис. 2.42. Рентгеновские фотоэлектронные спектры Si2pповерхности Si(100) в различных оксидных состоянияхSin+ (n=1-4, пунктирные кривые 1-4) после экспозиции вкислороде (t = 100 c,p = 10−6торр, Т = 921 К)(кривая а); b – спектр дляповерхности неокисленногокремния 24)Измеренный порог зародышеобразования твердого оксида придавлении кислорода р=6×10-7 Торр, соответствующему температурному интервалу 919-925 К, в котором происходит переход от режима формирования монослоя твердого оксида SiO2. При увеличениидавления область порога зародышеобразования сдвигается в сторону больших температур.
Это соответствует зависимости давленияот температуры.115Рис. 2.43. Изображение, полученное методом атомно-силовой микроскопии, ипрофили шероховатости поверхности кремния Si(100) при давлении кислородаР=6⋅10-7 Торр: а–исходная поверхность; б-г–после прогрева в кислороде при температурах 915 К (б), 925 К (в), 945 К (г) 24)При переходе порога зародышеобразования твердого оксидаSiO2 образуется летучий оксид SiO. В результате происходит образование на поверхности кремния вакансий, что приводит в условиях постоянного потока молекул на поверхность безактивационного(спонтанного) образования вакансий на поверхности.
При увеличении концентрации происходит фазовый переход конденсация вакансий образований шероховатого рельефа поверхности. Поэтомудва фазовых перехода окисления и огрубления поверхности наблюдается одновременно, что соответствует установленному в проведенных опытах окислению шероховатой поверхности, котораядолжна быть обогащена вакансиями. Явление возникновения шероховатого рельефа при адсорбции кислорода как результат фазового перехода конденсации вакансий продемонстрировано нарис.2.43. Из рисунка видно, что для исходно гладкой поверхностиизмеренное изменение высоты поверхности на длине сканирования1000 нм составляет 0.2-0.3 нм, что не превышает величины (0.2-0.3нм) пространственного разрешения прибора в нормальном направлении. Характерной особенностью рельефа поверхности послевзаимодействия с кислородом при Р=6×10-7 Торр, Т=925 К и времени экспозиции t=800c являются почти периодически расположенные на поверхности кристалла редкие глубокие ямы на фоне мелкомасштабных флуктуаций высоты поверхности.
Средняя глубинаям составляет h≈30 нм, а расстояние между ямами l≈800нм. Шероховатый рельеф поверхности появляется после взаимодействия скислородом во всей исследованной области порога зародышеобразования. Характерная высота рельефа на плоскости 4×4 мкм2 со-116ставляет <30 нм, а характерный размер по плоскости < 250 нм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
