Физические основы методов исследования наноструктур (1027625), страница 20
Текст из файла (страница 20)
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. Приболее высоких температурах T>940 K поверхность после экспозиции в кислороде в пределах точности измерений остается гладкой.Из изложенного следует, что вблизи порога зародышеобразования в опытах при постоянном давлении кислорода с увеличениемтемпературы происходит последовательная смена режимов взаимодействия кислорода с поверхностью Si(100).
Режим формированиятвердого оксида на гладкой поверхности сменяется режимом образования оксида на шероховатой поверхности, а при дальнейшемповышении в исследованной области температур происходит лишьогрубление поверхности в присутствии хемосорбированного кислорода.2.8.2. Прямое наблюдения монослойного роста оксидныхслоев на поверхности Si(100) на начальной стадииокисления с помощью РФЭСКак отмечалось ранее, вблизи поверхности атомы кремния находятся в четырех оксидных состояниях, Si n+ (n=1, 2, 3, 4).
РФЭспектры Si2p в этих оксидных состояниях приведены на рис.2.42.Рис. 2.44. Кинетика образования оксидной фазы кремния в разных состояниях,включая стадию начального окисления. Фиксируемое уменьшение вклада состояний Si+ и Si2+ при нагреве в СВВ изображено стрелкой. Кривая SiΣ представляетсобой суммарную концентрацию атомов Si , находящихся во всех четырех оксидных состояниях Si+, Si2+, Si3+ и Si4+ 25)25)V.D. Borman, E.P. Gusev, Yu.Yu.
Lebedinskii, V.I. Troyan // Phys. Rev. Lett. 67(1991) p.2387.117Кинетика изменения этих оксидных состояний представлена нарис.2.44.Видно, что кривая SiΣ, представляющая собой суммарную концентрацию атомов Si, находящихся в четырех оксидных состояниях, носит ступенчатоподобный характер, с размером каждой из ступенек соответствующей 1 ML, что отвечает послойному ростутвердого оксида SiO2.2.8.3. Исследование кинетики роста островков оксиднойфазы на поверхности Ni в окрестности точки КюриЭкспериментальное исследование кинетики образования оксидной фазы на поверхности Ni при субмонослойных покрытиях в широком интервале температур, включающим точку Кюри, с использованием РФЭС и СРМИ (электронный спектрометр XSAM-800).Рис.
2.45. Фотоэлектронные спектры Ni 2p3/2 (а) и O 1s (б). Спектры 1 полученыпри Т=345 К и ε = 30 Л, 2– после нагрева экспонированного образца при Т=873 Кв течение 20 минНа рис.2.45,а приведены типичные спектры Ni2p в двух разныхсостояниях: металлическом и оксидном. Спектр (1) соответствуетспектру чистого металлического никеля с энергией связи ВE=853.0эВ, на втором спектре (2), пик с ВE=854.8 эВ, отвечает атомам никеля в оксидном состоянии.
Спектры кислорода O1s, измеренныена никеле до (1) и после (2) экспозиции, представлены на118рис.2.45,б. Спектр 1 соответствует атомам кислорода в никеле, находящимся в оксидном состоянии с ВE=530.0 эВ, спектр 2(ВE=531.5 эВ) соответствует сигналу от находящихся в приповерхностной области продиффундировавших атомов кислорода.Рис.2.46. Зависимость скорости образования оксидной фазы К на начальной стадии окисления Ni от обратной температуры в логарифмических координатах 26)Измерения зависимостей интенсивности пика O1s (BE=530,0 эВ)от температуры позволили определить кинетику роста оксиднойфазы на поверхности Ni в зависимости от экспозиции и температуры. Оказалось, что скорость окисления на начальной стадии с увеличением температуры уменьшается, что можно трактовать какпроцесс с отрицательной энергией активации. Обнаружено аномальное поведение скорости образования оксидной фазы в окрестности точки Кюри при субмонослойных покрытиях (рис.2.46).
Вточке Кюри наблюдается максимум скорости образования оксидной фазы, а в ферромагнитной – минимум. С ростом степени заполнения поверхности островками оксидной фазы особенностивблизи точки Кюри исчезают. Наблюдается лишь изменение энергии активации процесса при переходе через TC. Такое поведениескорости образования оксидной фазы в окрестности TC обусловленовлиянием динамики флуктуации магнитного момента в точке фазового ферро - параперехода.26)В.Д. Борман, Е.П.
Гусев, Ю.Ю. Лебединский, А.П. Попов, В.И. Троян // ЖЭТФ95 (1989) с.1378.1192.8.4. Анализ химического состава ПАН-волокнаВ настоящее время проявляется большой интерес к полиакрилонитрильным волокнам (ПАН-волокна), являющимся исходнымсырьем для углеродных волокон (УВ). Технология получения исвойства конечного продукта из ПАН-волокон определяется процессами, протекающими в объеме волокна, а также атомнымтранспортом в его приповерхностных слоях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
