Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 24
Текст из файла (страница 24)
3.12. Контрольные вопросы к главе 3 1. Что такое ожс-эффект". 2. Назовитс виды ожс-спектроскопии, различающиеся по способу ионизапии остовного уровня, 3. Назовите характерные значения энергии первичных элсктро- НОВ, иснользусмых В Ожс-элсктронной спсктрОскоции. 4. В чсм прсимущсство диффсрснцнального прсдставлсния ожсспскэ ров". 5. Чсм определяется кинстичсская знсргия оже-электрона? 6.
Почему для СИ'ожс-псрсходов ширина спсктральных линий обычно больше, чсм для ССС переходов".' 7. Как видоизмспястся форма спскз ральной линии ожсэлектронов в случас, когда энергия взаимодействия дырок в консчном состоянии вслика по сравнснию с шириной валснтной зоны? 8. От чего зависи'г интенсивность ожс-элск-гронных линий? 9. Можно ли наблюдать ожс-элсктронныс спектры лития в газовой фазс и почему? 1О.Каково пространственное разрешение метода ОЭС? 11.Что такое процссс Костсра-Кронига". 149 Глава 4. Спектроскопия рассеяния медленных ионов 4.1. Общие замечания Методы ионной спектроскопии основаны на использовании в качестве «заида» ускорсниого пучка ионов с энергией Е и регистрации эисргстичсского спсктра расссяиных первичных ионов.
В зависимосги ат энергии используемого ионного пучка различают: - спсктроскопию рассеяния медленных ионов «СРМИ, или 1.ЕБ — 1.оч~ Еноту 1оп Бса11сппй зрсс1гозсару) с энергиями Е„= 0.1+10 к зВ'„ - сисктроскоиию расссяния быстрых ионов «СРБИ„или НЕ!Б— Н1ф Епсгду 1оп Ясапсппц врсс1гозсору) с энсргиями Е = 0.01+ 2 МэВ; - спсктросконикз обратного рсзсрфордовского расссяиия «ОРР или КВБ — йи1псгГоЫ Вас1асаисг1пд Ярес1гозсору) с энергиями Е„> 2 МэВ.
Иногда в отдельный метод выдсляют сисктроскоиию расссяния ионов средних энергий «МЕ13 — Мсдшпз Епсг у 1оп Ясацеппц арсс1говсору) как промсгкуточиую мсжду СРМИ и СРБИ. В том случае, когда регистрируется спектр вторичных ионов, выбитых исрвичпым пучком с поверхности ооразца, говорят а вторичной ионной масс-сисктромстрии «ВИМС). Оспа«пой пршщнп пнсиит ваверхнопви мелюдоч СРМИ заключастся в рсгистраиии энсргстичсского спсктра ионов.
расссяниых иод оирсдслснным углом поверхностными атомамн абра ьца ири его аблучснии маноэнсргсгичсским скаллимированным пучком исрвичных ионов с эисргиями Е =0.1+10 кэВ под опрсдслснным углом. 150 Получаемая информация: 1) элементный состав поверхности образца (получаемый в результате анализа положения спектральных линий, энергия которых определяется массой рассеивающего атома поверхносги); 2) огносителыгая концентрация поверхностных атомов 1анализ интенсивности спектральных линий); 3) информация о структуре поверхностной решетки, адсорбированных атомов и дефектов (анализ угловых зависимостей интенсивности спектральных линий с эффектами затенения и многократного рассеяния); 4) в некоторых случаях тонкая структура спектральных линий позволяет получить информацию о химическом состоянии поверхностных атомов ($ипримср о клич из ь мсгалл от оксида) всэклствис проявления эффектов нсупругих потерь энергии ионов на электронныс возбуждения.
Особенности метода СРМИ Отличительной особенностью метода СРМИ. в отличие от других поверхностных методик, является его исключительно высокая поверхностная чувствитслыюсть. Глубина зондирования в методе СРМИ составляет все~о один-два атомных слоя поверхности. в то время как в методах РФЭС и ОЭС опа достигает десятков ангстрем. Эта особенность обусловлена двумя факторами: 1) сильное ослабление интенсивности ионного пучка по мере его проникновения в глубь образца вследствие большого сечения рассеяния; 2) увеличение вероятности нейтрализации ионов, рассеянных на глубоких поверхностных слоях. Эти факторы приводят к тому, что регистрируемый сигнал в большой степени определяется ионами, расссяшпгми атомами первого поверхносгного слоя. История создания метода СРМИ Активные исследования процессов рассеяния медленных ионов поверхностью твердого тела начали проводиться с 1950-х годов.
В 151 1967 г. впсрвыс явлснис расссяния мсллснных ионов бы-ю применено как метод исслсдования повсрхности цри бомбардировкс повсрхности никсля и молибдсна пучками ионов благородных газов Не", 1Че' и Аг с энергией 3+5 кэВ. 4.2. Физические основы СРМИ Процесс расссяния мсдлснных ионов атомами повсрхности твсрдого тсла достаточно то~но онисыв~",гся кинсмагикой парного соударсния упругих шаров. Для описания тонкой структуры спсктров нсобходимо учитывать влиянис окружающих атомов и псриодичностыювсрхностной кристаллической рсшстки.
Энергия рассеянного иона Е, полностью опрсдсляется массой атома-расссивателя М, массой т и энсргисй Ео расссивающегося иона и углом рассеяния О. Используя закон сохранения энсргии Е,=Е,+Е, и закон сохранения импульса Унио = !721'~ + М1'», гдс индексы О, 1 и 2 соотвстствуют налетающему иону, расссяшю- му иону и испытавшсму отдачу атому поверхности, нструдно полу- чить так называсмос кннемалгпчссков с оолннлнспнв: Е, =АЕ„, где коэффициент А. называстся ишеиантческнм факнгирььн и оп- редслястся выражснисм А=, [сокб+1и — яп О) ] 11+ р) гдс р = М /гп — отношснис масс атома-расссиватсля и иона, знак «+» выбирастся для случая р > 1 (расссянис на тяжслом атомс), и знак «-» - для,и <1 (расссянис на легком атоме).
Схсматичсски геометрия расссяния представлена на рис.4.1. Энсргия отдачи, приобрстасмая поверхностным атомом, также пропорциональна энсргии падаюгцсго иона и составляет Е,=- „сов О Е. 4р (4.2) (1+Ф) 15г Таким обра:юм, зная угол рассеяния, задаваемый геометрией установки (углом между ионной пугцкой1 и анализатором) и массу иона, по энергии ника рассеянных ионов можно однозначно определить массу поверхностных атомов, на которых произошло рассеяние.
налвтающа частица Рис. 4.1. Схсхкгти исая анаграмма упрутгио яиухчасгичного соуларсния иаяс~аки гпсго иона с гаассой пк кипс~ичсской апсргисй Е„и скорос гыо га и атогаа поасрхнос~ и с массой М, кинсгичсскоа эисргисй огяачи г> и скорос~ гио га 1>1 Для каждого конкретного спсктромстра значение угла д либо фиксировано (так. для спсктромстра ХБЛМ-800 фирмы Кга1оа он составляет д = 125'"), либо может варьироваться. Поворот самого образца относительно сискзрометра приводгп к изменению угла сколь>кения (р, что не влияет на угол рассеяния д и положение спектральных линий. Однако варьирование угла скольжения может использоваться для изменения условий каналирования и многократного рассеяния, что важно при определении структуры поверхности в методе СРМИ.
Помимо акта упругого рассеяния иона на атоме поверхности, возможны дополнительные неупругис потери энерпп1 на возбуждение электронов и ионизацию поверхностных атомов, которые приводят к сдвигу спектральной линии и могуг быль учтены введением факл~орп всрпрк ит ннагерь энергии О, от которой теперь зависит коэффициент А. в (4.1): 4.3. Общий вид обзорного спектра РМИ Тищ1 иый впд спектра рассеяния медленных ионов Нс' с энергией 1 каВ па поверхности сплава Л1, Сн РЬ, полученный для угла рассеяния д = 90о, представлен на рис.4.2.
Рнс.4.2. Типичный оозорный сискз~» расссяпия ыс'3дспных ионов Нс с знсргисй ~о Ф повсрхностн сплава Я М Эиэрэия рассеэиноээ иона, вэв Спектр состоит нз широкого плавно меняющегося с анергисй фона, обусловленного нсупругорасссянными ионами, и отдельных лищш„отвечающих упругому рассеянию ионов Нс (и =4а.с.м.) на атомах О (М =16 а.с.м.). А1 (М =27а.с.м.), Сп (М =64 а,е.м.) и РЬ (М = 207 а.с.м.) с кинсматпческим фактором А„=0.447, А „=0.625. А,.„=0.820 и А в =0.941. Рассеяппена более тяжелых атомах сопровождается меньшими потерями аиср- 154 Обычно при знсргии падающих ионов Е -1 кзВ величина псупругих потерь составляет единицы злектронвольт (Д « Ео) и не мсщаст проведению анализа элементного состава поверхности образна.
Неупругие потери ансргии также могут приводить к асимметрии спектральных линий и в ряде случаев к появлению сателлитов„по наличию которых можно судить о химическом состоянии поверхностных атомов. гии, поэтому пик 0 в спектре имсст наименьшую, а пик РЬ вЂ” наи- большую энсргию. Ширина пиков рассеяния определяется следующими факторами: 1) распрсдсленисм по гиюргии в псрвичном пучке ионов (степсньк~ немонохроматичности); 2) расходимостью первичного пучка (вслсдствие взаимного огталкивания ионов нсвозмо)кно создать строго параллсльньш ионный пучок); 3) углом сбора расссянных ионов и разрешающей способностью энсргоанализатора; 4) киистической энергией рассеянных ионов.
С увеличенисм энсргии ширина пиков расссяния возрастаст. Так, например, ширина спектральной линии рассеяния ионов Не на поверхности кобальта при Е„=О.5 кэВ составляет г1~ =12 эВ, при Е„=1.0 кэ — И' =20 эВ, а при Е„=1.5 кэ — )г' = 28 эВ. Основной характсристикой любого спсктромстра являстся разрешающая способность.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
