Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989)
Текст из файла
Федеральное агентство по образованию Московский инженерно-физический институт (государственный университет) В.И. Троян, М.А. Пушкин, В.Д. Борман, В.Н. Тронин ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОСТРУКТУР И ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА Под редакцией В.д. Бормана Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений 1ЧОСКВА 2008 УДК 539.2 ~075) ББК 22.36я7 ф50 Троян В,И., Пушкин М.А., Борман В.Д., Тронин В.Н.
Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела / Под род. В.Д. Бормана: Учебное пособие. — М.: МИФИ, 2008. — 260 с. Б кингс прсдставлсны фнзнчсскнс основы зкспсрнмснтальных мстодов, являющихся базовыми в нсслсдованиях наносзруктур и повсрхности твсрдого теча: рснз сновская фотозлсктронная снсктроскопия, ожкэлсктронная сиск!роскония, спсктроскония расссяння мсдзснных ионов. сканирующая зондовая микроскопия и дифракцня мсдлснных элснкгро- нов.
Набор этих методов позволяет проводить нсслсдования структурных, элок~ ровных и магнитных свойсгв нанообъсктов и новсрхпосз н. Для спсцналистов в области физики повсрхностн и наноструктур, аспирантов н студснтов старших курсов физических спсциалыюстсй унивсрситстов. Нособис подготовлсно в рамках Инновационной образоватсльной программы. Рсцснзснз.
д-р фнз.-мат. наук, проф. Л,П. Мснущснков. ЬВ1Ч 978-5-7262-1020-3 $, Московский ннккспсрно-физический институт (государствспнгай унн- всрситст) „2008 Оглавление Прсдиаювис. Глана 1. Ввсдсинс... 1.1. Классификация мстодов исслсдования наноструктур и ноас!Эхности тпс!злого тс1и. 1.2. Сверхвысокий вакуум.. Глава 2. Рспп сновская фото тлсктронная спсгггроскопия...
2.! . Ойцис замсчаиия .. 2.2. Физические принципы РФЭС 2.3. Качественный анализ спскгров............................ ....31 32 36 2.4.1. Характеристика пропссса фогоиопизаппи ... 2.4.2. Характсрпстпка образца... 2.4.3. Аппаратный фактор. 2.4.4. Иптсиспвиосз ь фстгозлсктроппой ли~пи ...... .....39 42 ..45 ...............................
47 2.5. Количсствспный анализ спсктроа. Расчст знсргии связи ...........50 2.6. Структура РФЭ спсктров. 2.6.1. Псрапчпая с1руктура РФЭ спскгров........................... 2.6.1.1. Остовпыс уровни ... 2.6.1.2. Сппп-орбитальное расшсплс|п1с уровней .... 2.6.1.3. Валсптныс уровни. 59 .....60 70 2.6.1.4. Ссрии ажс-псрсходов, аозбуждасмых рсптгсиоаскпм излучс~псм ................................
„„„„, „„„..., 73 2.6.1.5. Сдвиг фотозлск гров пых и огас-злсктронпых линий..... 76 2.6.2. Вторичная структура РФЭ спсь-гров ..................,..........,.............. 86 2.6.2. !. Ложпыс ники низкой шггспсивпостп .....,...,....,......,..... 86 2.6.2.2. Истииныс пики вторичной структуры РФЭ спсктров... 88 2,6.3. Эффскг статичсской зарядки пспроволящих образцов .......,......
98 2.7. Аппаратура для РФЭС ...100 2.7.1. Ис гочппк рс«тгсиоаского излучси и» ......................................... 101 2.7.2. Эпсргоапюпгзатор .. 108 2.7.3. Дстсктор злсюропов, 113 2.8. Использованис мстода РФЭС а исследовании наноструктур и ирис)зхности тас)злого тсла.. ..114 2.8.1. Образоваппс папоструь1ур па поасрхиостп Я (100), ппдуипроваипос а зсорбппей кислорода, ............................................ 114 2.8.2. Прямое паолюлс~пя монослошюго роста оксилпых слоев на поверхности 8|(100) па начальной сгадпп окнслспия с помошью РФЭС ..................................................................................................... з 2.3.1. Спьь~роькопп юькпь обошачьппя уровпьп.................................
36 2.4. Количсствснный анализ спектров. расчет интснснаности..........38 2.8.3. Исслсловапне кнне|нкн роста ос|ровков окснлной фазы на повсрхностн % в окрсспюсги точки Кюри ........................................! 18 2.8.4. Анализ хнмнчсского состава ИАИ-волокна.............................. 120 2.8.5. Эвогноция кясктронной с|рукгуры нанокластсров благородных металлов. ] 22 2.8.6. Исслелованнс наноразмсрных слоев мстолом РФЭС с угловым р р исм- 126 2.9. Контрояьныс вопросы к главе 2 ..128 129 Глава 3.
Ожэ-ззтскгронная снсктроскония. 3.1. Общис замсчащгя и исгоричсская справка .................................129 3.2. Физнчсскис основы ОЭС .. !30 3.3. Общий вид элеь!ронного снскзра в ОЭС ..................................! 33 3.4. Расчст кинст!тчсской энсргни ожс-электрона............................. 134 3,5. Форма ожс-элсктроттньтх спектров .. .. !36 3.6. Тонкая структура ожс-элскгронных снскгров............................140 3.7. Интенсивность спектральных линий ожс-элсктронов...............141 3.8. Количсствснный анализ ожс-элсктронных снсктров ................
$45 3.9. Сравнение харак"геристик ОЭС и РФЭС ..................................... 145 3.10. Аппаратура для ОЭС ..!47 3.1! . Использование х!стола ОЭС в исслсдовании нанос!рукгур н новсрхности 'гвсрдого тела. ..147 3.12. Контрольныс вопросы к главе 3 .. 149 Глава 4. Спсктросконпя расссяния мсдлснных ионов .... 4.1. Общие замсчания .. ..150 4.2. Физические основы СРМИ .............152 4,3. Общий вид обзорного снсктра РМИ .................,..........! 54 4.4. Интенсивность снсктральных линий.
Ссчсинс расссяння ........157 4.5. Эффскт нсйтрализании ионов.. ..158 4.6. Структурныс эффскты в СРМИ. ..! 63 4.6.1. )ффскт затенения 164 4.6.2. Эффскт мнотократного расссяння...... 167 4.6.3. Примснсннс метода СРМИ для онрслслення стст|аш покрытия повсрхностн ..............................
170 4.6.4. Влияннс структуры иовсрхностн иа лттнии спектров РМИ ..... 172 4.7. Лшгаратура СРМИ ......172 4.8. Иснользованис мстода СРМИ в исслсдовании наноструктур и иовсрхности твсрлого тела, ..! 75 4.8.1. $4сслслованнс ю гйщ зволктннн элвгоронной структуры наноратмсрных слосв ! 1$$)з арн отжнге в вакууме .............................
! 75 4,8.2. Исслсловант~е начальной сводни окисления новсрхносгн ! Птксля. .!76 4.1!.3. Возбуяхдсннс ляско ров-дырочных иар в и!юцсссс расссяння ионов иа повсрхности наиокластсров Аа ............................................ 178 4.8.4. Исслсдованнс рслаксацнн новсрхностн Ац!111)нрн нагрсвс мстодом СРБИ . Г80 4.9. Когггрольныс вопросы к гланс 4 ....,........,............,.............,........182 5.5. Использование мстодов СЗМ в нсслсдовании наноструктур и новсрююсти твердою тела.
212 5.6. Коитрольныс вопросы к главе 5 220 230 6.3.. Дифракцня надвухгсрнои рсшсглс.........................................„.. 41 6.4. Лшшратура, гсгхмстрия и структурныс зффскты в ДМЭ...........244 247 6.4.2. Учс з тсллояых колсбаннй атомов рсшсткн ............................... 249 6.5. Использованнс метода ДМЭ в исслсдовании наноструктур и новсрхности твсрдого тслш. Глава 5. Сканирующая зондовая микроскопия...... 5,1. Ввсдснис. 5.2. Фпзичсскис основы СТМ 5,3. Аннарагура для СТМ.
5,4. Фпзичсскис основы ЛСМ.. Г~~~~ б. Дифрвкпия мсчлспных злсктроггов. 6.1. Ввсдсиис 6.2. Криста~шография повсрхности 6.2.1. Трсхмсрныс кристэллнчсскнс рсшсткн ........... 6.2.2. Двумсрныс крггс галлвчсскнс рсигстшг............. 6.2.3.
Индсксы Миллсра для ш омных плоскостей ... 6.3. Дифракция на крггсталличсской рсшсткс ............ 6.3.1. Дифракиия на трсхмсрной рсшсткс ................. 6.4.!. Вяияннс лсфсктов„ломснной структуры н кластеров на повсргишсси . 6.6. Кои крол ьныс вопросы к ~ ланс б ..... Список рскомендусмой литературы. ..183 ..187 ..... 203 ...207 230 ..230 ......
230 ..... 38 Предисло8ие Настоящая книга посвящена изложению физических основ экспериментальных методов, используемых при создании объектов нанометрового размера, наноструктурированных веществ и при изучении их свойств. Интерес к этим мегодам связан с тем, что современное развитие техники во многом определяется возможностями нанотсхнологий. Под нанотсхноло~ иями понимают методы формирования и использование новых необычных свойств объектов наномстрового размера и веществ. структурированных в наномегровом масштабе (1 им=10' м). Нижняя граница размеров (хогя бы в одном измерении) нанообъсктов определяется размерами атома, а верхняя граница — размерами <100 нм, при которых свойства нанообъектов нс совпадают со свойствами массивных тел.
В последние два десятилетия в русскоязычной литературе были опубликованы книги ~1-б) по физике поверхности и наноструктур, в которых излагаются основы методов исследования наноструктур и повсрхности твердых тел, однако в них нс содержится систематического изложения этих методов. Настоящая книга может восполнить этот пробел. Вместе с тем в последние десятилетия было опубликовано много оригинальных работ, посвященных развитию и применению физических методов исследования наноструктур. В настоящей книге делается попытка систематического изложения общих основ методов исследования наноструктур, приводятся примеры их использования для изучения геометрии„ структуры нанообъсктов, атомного состава и химических связей, процессов, проходящих в наносистемах нрн их формировании.
Собранньш и обобщенный в книге материал предполагается использовать в качеспю учебного пособия для студс~ггов старншх курсов, обучающихся по снециалыюстям «Физика кинетических явлений», «Физика конленсировашюго состояния», «Физика плазмы» и других специальностей, в которых используются эти физические методы, а также для аспирантов и специалистов организаций, занимающихся разработкой нанотехнологий. В настоящее время нанотехнологии позволяют создавать наноразмсрныс объекты, такис как нанопроволоки, наиокристаллы, кластсргя 1квантовые точки). многослойныс пленочные структуры, которые находят применение в разработках нового поколения электронных устройств, оптоэлектроники, фотоники, спинтроники и создании свсрхплотной магнитной памяти, при создании квантового компьютсра, катализаторов химических реакций, сснсоров. Ведутся активные исслсдавания по разработкс технологии получсния фуллеренов, углеродных нанотрубок, наноструктурированных органических и полимсрных материалов, углсродных волокон, использование которых, в силу высокой удсль~ой прочности, позволит замснить традиционные конструкционныс матсриалы на композитныс.
Современш~с методы получения порисгых тсл с нано- метровым размером пор и методы модифицирования новсрхности позволяют создать новыс устройства для получения газообразного топлива, нстрадипионной знсргстики, устройств аккумулирования и преобразования механической энергии. Наноматериалы и нанотехнологии открывают новыс возможности в механике трения, робототехникс, электромеханике, биотехнологии и мсдицинс.
Наноструктурированныс материалы, сплавы, пористые тела были известны сравнитсльно давно. Как примср можно привести алюминиевые сплавы для атомной и авиационной техники и пористые фильтры для разделения изотопов. Такие пористые фильтры с размсром пор-1О пм были использованы в 40-50-х годах прошлого столстия в крупном промышленном масштабе для изотопного обогащения урана мстодом газовой диффузии, что обсспечило рсшсшю оборонных задач и создание атомной энср~ стики. Взрывообразное развитие в мире исслсдований свойств и разработок тсхнологий получсния и примснсния наноструктур и наноструктурированных материалов возникло в настоящсе время во многом в силу появления доступной техники контроля струк.
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
