Физические основы методов исследования наноструктур (1027625), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Его описание приведено в разделе 5.4.Другим примером анализатора задерживающего поля является бездисперсионный энергоанализатор.Далее будут рассмотрены три наиболее широко используемыхтипа энергоанализаторов.108Концентрический полусферический анализаторДанный тип анализатора называют еще электростатическим полусферическим анализатором или сферическим отклоняющим анализатором. Схема устройства полусферического анализатора приведена на рис.2.38.Основными элементами анализатора являются два электрода ввиде концентрических полусфер.
На внешнюю полусферу относительно внутренней полусферы подается отрицательный потенциал,создающий в пространстве между ними электростатическое поле.Рис. 2.38. Схема устройства концентрического полусферического анализатора. R –радиус траектории движения электронов в электрическом поле, создаваемом разностью потенциалов, подаваемой на внешний и внутренний полусферическиеэлектроды с расстоянием между ними ΔR [7]Перед входом в анализатор электроны проходят через системуэлектростатических линз, формирующих тормозящее поле. Входящие в анализатор электроны под действием электростатическогополя движутся по круговой траектории с радиусом R.
При заданнойгеометрии анализатора кинетическая энергия фотоэлектрона KE,прошедшего через анализатор, определяется разностью потенциалов на электродах Δϕ :KE =eΔϕR,2ΔR(2.82)где ΔR – расстояние между полусферическими электродами. Регистрация спектра происходит путем изменения напряжения, прикладываемого к электродам таким образом, чтобы через выходнующель анализатора на детектор последовательно проходили электро-109ны с разной энергией.
Такой режим работы анализатора называетсярежимом с постоянным коэффициентом замедления. В другом режиме работы анализатора, называемом режимом с постояннойэнергией пропускания, на электроды анализатора подается постоянная разность потенциалов, но варьируется электрическое поле,тормозящее электроны на входе в анализатор. Фотоэлектроны замедляются в этом поле и через анализатор проходят только те электроны, скорость которых соответствует условию (2.82).Полусферический анализатор является пространственно фокусирующим: точечный источник электронов изображается в видеточки на выходе анализатора.Важной характеристикой анализатора является его разрешающая способность:R E = KE / ΔKE ,где ΔKE – минимальная разница кинетической энергии электронов, линии которые еще могут быть разрешены в спектре, КЕ –среднее значение кинетической энергии электронов (обычноKE >> ΔKE ).
Разрешающая способность полусферического анализатора определяется радиусом R, шириной S входной и выходнойщелей анализатора и углом разброса входящего в анализатор элек-2RS + R(α / 2) 2[19]. При типичных значениях параметров анализатора R = 127мм, S = 1 мм и α = 3° , его разрешающая способность составляетR E ≈ 190 . В то же время для измерения типичных сдвигов энергиисвязи ΔE ~ 0.1 эВ при кинетической энергии фотоэлектроновKE ~ 1 кэВ необходимо наличие анализатора с R E ≈ 10 4 . Дости-тронного пучка (углом сбора электронов) α : R E =жение такой разрешающей способности требует слишком малогоугла сбора электронов и ширины щелей анализатора. Поэтому напрактике перед входной щелью анализатора обычно устанавливается блок замедления, уменьшающий кинетическую энергию фотоэлектроновдовеличины~10эВ.ВэтомслучаеKE / ΔKE ~ 10 / 0.1 ~ 100 и имеющейся разрешающей способности анализатора оказывается достаточно для измерения сдвиговэнергии.110Анализатор типа «цилиндрическое зеркало»Энергоанализатор типа цилиндрического зеркала состоит издвух коаксиальных цилиндров.
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.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
