Физические основы методов исследования наноструктур (1027625), страница 4
Текст из файла (страница 4)
К таким явлениям можно отнести поглощение и эмиссию электромагнитного (в частности, рентгеновского)излучения, фотоэмиссию, эмиссию оже-электронов и ионов, упругое и неупругое рассеяние электронов и ионов, дифракцию рентгеновского излучения и электронов, десорбцию атомов с поверхности, туннелирование электронов через потенциальный барьер между исследуемым объектом и зондом, а также взаимодействие (магнитное, кулоновское, ван-дер-ваальсово) зонда и локального участка поверхности исследуемого объекта.По способу регистрации ответного сигнала исследуемого объекта на внешнее воздействие физические методы исследования наноструктур и поверхности твердого тела можно разделить на спектроскопические методы, в основе которых лежит регистрация энергетического спектра поглощенного или испущенного электромагнитного излучения (РЭС, РСМА, ПТСРСП, ОСРСП), электронов(РФЭС, УФЭС, ФЭС, РОЭС, ОЭС, ИОЭС, СХПЭЭ, ИНС) или ионов (СРМИ, СРБИ, ОРР); микроскопические методы, в которых наблюдается сформированное определенным образом прямое изо-14бражение исследуемого объекта (СТМ, АСМ.
МСМ, ПЭМ, РЭМ,СОЭМ, ПИМ, полевая эмиссионная микроскопия); дифракционныеметоды, анализирующие дифракционные картины, образующиесяпри прохождении или рассеянии на образце излучения или пучкачастиц (РСА, ДМЭ, ДБЭ, ПЭМ в режиме дифракции); массспектрометрические методы, в которых регистрируется распределение испущенных частиц по массе (ВИМС, МС с бомбардировкойбыстрыми атомами, электронно-зондовая МС, ТПД, ЭСД).Следует отметить, что один и тот же источник воздействия наисследуемый оьъект может использоваться в различных методах взависимости от вида регистрируемого сигнала.
Например, при облучении образца монохроматическим рентгеновским излучениемможно регистрировать картину дифракции рентгеновского излучения на кристаллической решетке образца (метод РСА), спектр поглощения рентгеновского излучения, прошедшего через образец(методы РАС, ПТСРСП, ОСРСП), спектр испущенного образцомхарактеристического рентгеновского излучения (РСМА, РЭС),энергетический спектр испущенных образцом фотоэлектронов(РФЭС) и оже-электронов (РОЭС). Эти спектры несут информациюоб элементном и химическом составе образца, его электронной илокальной атомной структуре.Разные методы позволяют получить различную информацию обисследуемом объекте. Как правило, при анализе наноструктур иповерхности твердого тела наиболее важной является информацияоб их атомной структуре, элементном составе и электронныхсвойствах.Возможности основных методов исследования наноструктур иповерхности с точки зрения получаемой с их помощью информации проиллюстрированы в табл.
1.2. Плюсы означают, что информацию данного типа можно получить путем стандартного анализаэкспериментальных данных. Плюсы в скобках указывают, что экспериментальные данные несут информацию указанного типа, однако ее извлечение либо требует специальной методики анализаполученных данных, либо возможно только для ограниченного набора исследуемых объектов. Отметим, что объем и характер информации, получаемой с помощью того или иного метода, можетсущественно варьироваться.15Воздействие на исследуемыйобъектТаблица 1.1. Основные физические методы исследования наноструктур и поверхности, сгруппированные по типам воздействия на исследуемый объект и регистрируемого сигнала. hv – электромагнитное излучение, е-, N± – пучки ускоренныхэлектронов и ионов, Т – температураhνе-hνРСА,РЭС, РАС,ПТСРСП 1),ОСРСП1)Регистрируемый сигнале-РСМА, ИФЭСN±ПрочееРФЭС, УФЭС,ФЭС, РОЭСОЭС, СОЭМ,ДМЭ, ДБЭ,СХПЭЭ,ПЭМ 2), РЭМN±ИНСT, поле,прочееПЭМ 3), СТМ,СТССРМИ,СРБИ, ОРР,ВИМСПИМ, ТПДАСМ,МСМРасшифровка сокращенных названий методов:РСА – рентгеноструктурный (или рентгенодифракционный) анализРЭС – рентгеновская эмиссионная спектроскопияРАС – рентгеновская абсорбционная спектроскопияПТСРСП – протяженная тонкая структура рентгеновского спектра поглощенияОСРСП – околопороговая структура рентгеновского спектра поглощенияРФЭС – рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия = ЭСХА – электроннаяспектроскопия для химического анализаУФЭС – ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопияФЭС – фотоэлектронная спектроскопияРОЭС – возбуждаемая рентгеновским излучением оже-электронная спектроскопияРСМА – рентгеноспектральный микроанализ (энергодисперсионный / с волновой дисперсией)ИФЭС – инверсионная фотоэмиссионная спектроскопияОЭС – оже-электронная спектроскопияСОЭМ – сканирующая оже-электронная микроскопияДМЭ – дифракция медленных электроновДБЭ – дифракция быстрых электроновСХПЭЭ – спектроскопия характеристических потерь энергии электронамиПЭМ – просвечивающая электронная микроскопия1)Ввиду громоздкости русских аббревиатур в литературе обычно используют англоязычные сокращения EXAFS (ПТСРСП) и XANES (ОСРСП).2)Просвечивающая электронная микроскопия.3)Полевая эмиссионная микроскопия.16РЭМ – растровая электронная микроскопияИНС – ионно-нейтрализационная спектроскопияСРМИ – спектроскопия рассеяния медленных ионовСРБИ – спектроскопия рассеяния быстрых ионовОРР – обратное резерфордовское рассеяниеВИМС – вторично-ионная масс-спектроскопияСЗМ – сканирующая зондовая микроскопияСТМ – сканирующая туннельная микроскопияСТС – сканирующая туннельная спектроскопияАСМ – атомно-силовая микроскопияМСМ – магнитно-силовая микроскопияПЭМ – полевая эмиссионная микроскопияПИМ – полевая ионная микроскопияТПД – температурно-программируемая десорбцияТаблица 1.2.
Возможности основных методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела с точки зрения типа получаемой информацииМетодРусское наАнглийскоезваниеназваниеРСА,XRD,ДМЭ/ДБЭ,LEED/HEED,ПЭМ, РЭМ,TEM, SEM,ПЭМ, ПИМ,FEM, FIM,АСМ, МСМAFM, MFMСТМ/СТСSTM/STSСРБИ, ОРРHEIS, RBSСРМИLEISПТСРСПEXAFSОСРСПXANESОЭС, СОЭМAES, SAEMРСМАEDX/WDXВИМСSIMSРАС, РЭСXAS, XESТПДTPDРФЭС/ЭСХАXPS/ESCA,ФЭС, РОЭСPES, XAESУФЭС,UPS, IPESИФЭССХПЭЭEELSИНСINSАтомнаяструктураЭлементныйсоставЭлектронныесвойства+--++(+)+(+)-/+-+++++++++++(+)++(+)(+)+--+--++17Расшифровка сокращенных английских названий методов:XRD – x-ray diffractionXES – x-ray emission spectroscopyXAS – x-ray absorption spectroscopyEXAFS – extended x-ray absorption fine structureXANES – x-ray absorption near-edge structureXPS – x-ray photoelectron spectroscopy = ESCA – electron spectroscopy for chemical analysisUPS – ultra-violet photoelectron spectroscopyPES – photoelectron spectroscopyXAES – x-ray excited Auger-electron spectroscopyEDX/WDX – energy/wave dispersive x-ray microanalysisIPES – inverse photoemission spectroscopy = BIS – bremsstrahlung isochromatspectroscopyAES – Auger-electron spectroscopySAEM – scanning Auger-electron microscopyLEED – low energy electron diffractionHEED – high energy electron diffractionEELS – electron energy loss specroscopyTEM – transmission electron microscopySEM – scanning electron microscopyINS – ion neutralization spectroscopyLEIS – low energy ion scattering spectroscopyMEIS – medium energy inon scattering spectroscopyHEIS – high energy ion scattering spectroscopyRBS – Rutherford backscattering spectroscopySIMS – secondary ion mass spectrometrySPM – scanning probe microscopySTM – scanning tunneling microscopySTS – scanning tunneling spectroscopyAFM – atomic force microscopyMFM – magnetic force microscopyFEM – field emission microscopyFIM – field ion microscopyTPD – temperature programmed desorptionТак, метод ДМЭ позволяет определить структуру кристаллической решетки образца, а метод EXAFS чувствителен к локальномуатомному окружению; РЭМ используется для исследования морфологии объектов с размерами >10 нм, а СТМ и АСМ позволяют наблюдать отдельные атомы на поверхности твердого тела; методРСМА используется для определения элементного состава приповерхностной области образца глубиной в единицы микрометров, аметод СРМИ чувствителен к первому атомному слою поверхности.Кроме того, некоторые методы предъявляют определенные требо-18вания к исследуемым образцам.
Например, методы СТМ/СТС применимы только для проводящих образцов, МСМ – для исследования магнитных материалов, ПЭМ используется для анализа тонкихпленок.Помимимо сокращенных названий методов на русском языке,для справки в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
