Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 17
Текст из файла (страница 17)
В нашем случае роль абкладок конденсатора играют заземленный металлический держатель и поверхностный слой образца с захваченным объсмныи зарядом. Повсрхностпьш потенциал образца эффективно изменяет его работу выхода, приводя к сдвигу всего фотозлектронного спектра на величину еР, . Для диолсктрическпх образцов (например, кристалла ХаС1) сдвиг из-за статической зарядки составляет ЛБЕ = еР', -5 эВ. С помощью выражения ~2.79) можно оценить плотность заряда в приповерхностном слое образца. Г1ри Ь = 1 мм, ь =100 нм, с=4.9 (НаС1) получаем поверхностную плотность заряда сг = Н", /А — 3 1О Кладем~ и объемную плогносгь р = гтрк.т - 3.10 ' Кладем'.
Отсюда объемная концентрация захвачеьнюго заряда 1т.с. концентрация ловушек) л = р / е - 2. 1О" см ', что составляе.г п1п -10" долю от общей концентрации атомов. Таким образом„ только 0.0000001% атомов поверхностного слоя захватываюз положительный заряд, что, однако, приводит к существенному поверхностному потенциалу в 5 В. 2.7. Аппаратура для РФЗС Блок-схсаиа установки для РФЭС представлена иа рис.2.29. Вокцииаа мера и ваиаваыа ~~э Г Рвс.2.29.
Блок-охох1л оововваах элоавовгов ролтгововского фото- 'ЭЛОКГРОННОГО СПОКТРО- патра 171 1ОО Осповн1ими злсмс1ггами спсктромстра являкзтся помсгнсппыс в СВВ камсру источник рентгеновского излучения (рснтгсновская пушка), знсргоанализатор элсктронов и дстсктор элскгронов, а такжс элскгронный модуль регистрации спскгров и управления режимами работы спсктромстра. Далсс рассмотрим подробно каждый нз указанных злсмснтов. 2.7.1.
Источник рентгеновского излучении Схсма рсптгсновского источника прсдставлсна на рис.2.30. 2рзг гр, еадянае ояяяядение 61 линия Л1 ня фоне оюяиагноео «яяучения е1 исяоеник с детмя анодами Рис. 230. Устройство и пршщип работы рсн поповского но|очипка: и — диаграмма знсргстнчсскнх уровнсй Л1, иллюстрирующая излу ~агсльный нсрсхол злск~ропа с заполнснпого уровня 2р па своболньщ уровспь 1в л змпссисй ха1зак1сристичсского рснтгс1ювского нзлучсния Л1Кгп Д вЂ” спектр излучсния рснт~ сновского исто шика, состоящий пз узко11 линни характсристнчсского рситгсновского пзлучсиия на широком фоно тормозного рсва сновско~ о излучсиия: и — спскгр линии Ко характсристичсского рсипсновского пзлучсиия.
разложснный на двс компонснты Л1 Кп~ и Л1 Кп, отвсчающис нсрсходам с уровня 2ргв и 2рз-„и отстоящис друг от друга иа -0.43 зн, что приводит к суммарной ширине рснзгсновской линии -035 зн прн н1ирпнс кавсюй нз компонент -0.5 зВ: г — схсмагичсскос изобрагкснис двойнгло анода ран ггсновско~ о источника в разрезе !19! !О! Он состоит из катода и анода. Катод г<рсдстнвляст собой нить накала и служит источником элсктронов, работающим на эффсктс тврмоэлсктронной эмиссии.
Разноси потснциалов. прикладывасмая между кагодом и анодом, ускоряет элсктроны, торможение которых в матсриалс анода сопровождастся эмиссисй тормозного и характсристичсского рснтгс<ювского излучспия. Т~~~~~«знве ре««~~«вв<т«<е «злрчен«е характсризустся нспрсрывным энергстичсским спсктром в прсдслах 0<М<Е,, гдс Е,, =лп' /2 — кин~т~ ~сска~ энергия тормозящихся элсктро~ок Максимум интснсивности тормозного излучсния приходится примсрно па половину максималыюй энсргип (рис.2.31), а сама интспсивность опрсдслястся током эмиссии катода, ускоряющим напряжением между катодом и анодом и материалом анода, <р< в <в< И <о< Ю ,г Ю <г Энврсия !ввгнвнвв, над Рас.2З!.
Рентгеновский >мнссионн<ай спектр Л! анода, оо«юарлирусмого:и<с«тронами с канси< юской энергией !5 кэВ. сосюагннй нз нинин кара«гсристнчсс«оьо излучения Л! Кис энергией -!.5 юн и игнроко<о спектра гормон<ого нтаученин Хир«««<ер«с<и«ческое ре««<ге«овск«е «зчу«е««е возни каст вследствие ионизации элскгронным ударом остовных электронных уровней атомов матсриала анода и последующих процсссов излучатсльной рскомбинации.
При «том энсргия рснтгсновского излучсш<я опрсдслястся разницей энергий связи уровней, участвующих в псрсходс (рис.2.32). 102 Рнс.2.32. Схема и Раучатсльного псрсхола с змиссисй характсристичсского рснтгс- ноаск03 о излучения Коэффициснт полсзного дсйствис прсобразования энсргии быстрых злскгроиов В эпсргию характсристичсскОГО рснтгсновского излучсния составляст -1% вследствие малой вероятности излучатсльных псрсходов по сравнснию с бсзьплучатсльными.
Слсдствисм малости КПД также являсгся нагрев анода. По агой причинс внутри анода устросн канал для водяного охлаждения. Всличина Ь в Общсм случас тсм оольшс, чсм большс атомный номср элсмснта материала анода, однако увслпчение энергии излучения сопровождастся уширснисм линии И»,„,, что снижает разрешение спсктро- м стра.
Поскольку в рснтгсновском спектре эмиссии анода присутствуст как тормозное, так и характсристичсскос излучение, псобходимо осуществить фильтрацию спектра. оставив лишь наиболее интснсивную линию характсристичсского излучения. Для обрсзания хвоста спсктра тормозного излучспия мсжду анодом и образцом устанавливают специальную сстку-анод («окно»)„которая поглощает часть рситгсновского излучсния, а также задерживает элсктроны, расссянныс на анодс. Матсриал окна зависит от энергии характсристичсского излучения, определяющейся материалом анода, Так„для магнисвого источника с линией Мц К (Ь- =1253.6 эВ) используют алюминиевое окно.
Интснснвность прошслшсго через окно излучения опрсдсляется выражением 1 = 1„е 'Я™)", 12.80) ~дс т'„— интснсивность падающего излучения, р — плотность матсриала окна, я — толщина окна и у~Ар) — массовый коэффициент цоглощсння. Зависимость коэффициснга поглощения от энергии излучсния схсматпчсски показана на рис.2.33. 103 Рис.2.33. Зависимость ко)ффициснтв но~ иощснив атюьчиинсвого окна и нитснсивности рснтгсновского налучсння линни Ма К~т о~ анькин рс~го сновского и н1учсиив 171 5 г гприи кажюу каа Табниии 2.5.
Пврагнсгры основнь1к источников рснтгсиовского нтнучсиив 104 Пик поглощения на энергии Ь: =1486.6 эВ обусловлен ионизацисй оболочки А11я . Таким образом, окно «вырсзаст» из рснтгсповского спсктра излучсние в области энсргий' Ьр > 1486.6 эВ. На самом деле определенное ослаблснис интенсивности происходит и для энергий !и < 1486.6 эВ, тюэтому окно должно быть достаточно тонким. Обычно для этой цсли используют фольгу толщиной несколько сотен микрон.
Кроме алюминия, в качестве материала окна можно также использовать бсриллисвую фольгу. В качсствс магсриала анода испочьзуют различные элсмснты, дающие рснтгсновские линии с энергиями от сотен до десятков тысяч элсктронвольт. Помимо энергии, они различаются также шириной линии. Данные о паиболес часто используемых источниках представлены в табл. 2.5. Из представленных в таблице источников Нс и Нс представляют собой гслиевыс лампы. использусмыс в УФС. Из твердотельных источников иаиболес часто используемыми являкпся Мьэ и А!. На рис. 234 схематически представлены электронные оболочки атома в твердом теле, возбуждаемые различными источниками рентгеновского излучения.
эгщпМььи /жяээээ> Рнс.2.34. Схсматичсскос и юбрюкснис остоиных и иалснпэых ълскгронных оболачск аэо>эгэ а твердом зслс и исиользусхнлх а мстолс РФЭС' источников возбуждаюгисго рс>эт>>с>>овского эгэлучсэээ>а. Фозоэлсктргэнээээ>> сискгр отражасг структуру .>лс>строги>ьэх уровнсээ иссислусхэого асэисства !К. Зив бан ) Для уменьшения естественно!! ширины линии характеристического рентгеновского излучения в современных спскгрометрах используют монохроматоры.
Принцип действия монохроматора основан иа дифракции рентгеновского излучения на кристаллической решетке. Схема монохроматора в виде круга Роуланда представлена на рис.2.35. с>э К. 3>! Гба! э уу уа) Н ) 33 09В2) с.223. !05 Рис.2.35. Сясм44 усгройс4ва рситгсиовско4о монокром4пора в виде круга Роулаиаа !7, 19] В этой схсмс на кругс Роула44да радиуса тт'„уста44овлс44ь4 анод рснтгсиовского источника„образец и сфсричсский кристалл кремния. Падт4кицсс на крис-,галл под углом О рентгеновскос излучение дифрагируст на атомных плоскостях и вновь фокусируется на образце.
Условис брэгговской дифракции имсст вид 2ст4я'Пд = Л, !2.8!) гдс т! — мсж4444оскос4нос р44сстоянис в кр4тсга4н4с, Л, = с/Р— д~~~~ волнь4 рснтгсновского излучения. Крислэии Р44С,2З6. Усяов4444я схема ус4роаства рс44т4сн44вского монокроматора с тремя кругами Роуланла, 44с44ользуск4ая 44ля повышения нитснснв44остн моиохромапи!сско!О рс4пгсновского излучения !7!. ,М 444 ФСЯ44й ФЯДЯ Д44я излучения линии А! Ка с з44сргис!4 !486.6 зВ всличина Л =8.34 А, откуда получаем значение угла О = !3.4 для моно- кристалла ЯОр с Ы = 4.26 А. Если в пада4огцем на кристалл рент- !Об гсповском излучении присутствуют длины волн в интервале Л+ЛЛ, где ЛЛ определяется шириной линии, то в отраженном излучении останется только та часть, длина волны для которой удовлетворяет условию дифракции Брэпа (2.8!).
В силу того, ч.го этому условию удовлетворяет лишь малая доля падающего излучения (-р%), интенсивность излучения на выходе мопохроматора зна ппсльно ослабляется (что приводит и к малой ипгенсивности спектральных линий). Для повышсния интенсивности иногда используют схему с пссколькими кругами Роулан71а. лежащими в разных плоскостях, пересекающихся по прямой, соединяющей анод и образец (рис.2.36). 384 380 376 372 388 364 3ЬС Энергия связи, эв Ргге. 2.37.! 1ормированные но шггснсивноетн РСЗ 3 спектры уровня ЛЬ13д, иолуисииь1е с использованием моиокромативесього и нсмонокромапкяеского рентгеновского излучения. Использование мопохроматора прпвоаит к более узким спектральным линиям, мсиынему фону и отсутствгно рентгеновских сазеяяитов 117] Использование монохроматора позволяет уменьшить ширину рентгеновского источника Ма и А] до 0.3+0.5 эВ, что увеличивает разрешение спсктрометра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
