Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Структурные эфФекты в СРМИ Как ужс упоминалось во ввсдснии, с помощью мстода СРМИ можно нс только идентифицировать эасмснтный состав повсрхно- сти твердого тела, но и получить информацию о ес атомной структуре. Эта возможность связана с рядом эффектов, которые и будут рассмотрены в данном разделе. 4.6.1.
Эффел г затенении Эффект затенения заключается в экранировании атомами первого атомного слоя поверхности следующих атомных слоев. Эта особенность связана с существованием так называемого колеси заледенил, т.е. «нсвцдимой» для расссивакицихся ионов области второго и более глубоких атомных слоев поверхности. Наличие такой области объясняется зависимостью угла рассеяния иона от прицельного параметра„ схематически проиллюстрированной на рис.4.8.
Рнс.4,8. Трасвгорни рассеяния ионов на новерхностнога атоме, рвссоноткенноги в начаяс ковран на и ннл~острнруннннс оорвзованне вконуса затсн~~1я» ~Х) Чем больше значение прицельного параметра, тем меньше угол рассеяния. Набор траекторий движения рассеивающихся ионов с различными значениями прицельного параметра не захватывает некоторую область ~конус затенения) непосредственно за атомомрасссиватслсм, когорый как бы отбрасывает тень на атомы более глубоких слоев, делая их «невидимыми» для ионов.
Как следствие, расссянис происходит преимущественно на атомах первого атомного слоя, что также является одной из причин поверхностной чувствительности методики СРМИ. 164 Рнс.4.9. Конусы затенения для ионов Нс' с знсрпгсй 1 ко от азтяаов верхних слоев поверхности Щ!00), сироеннрованные на более глубоколсжаьнис атомы н дела!осине нх виевнлнмымна лля рассеиваюгннхся ионов 13! Ориентация конуса затенения зависит от угла падения ионов (рис.4.9), что позволяет исследовать атомную структуру поверхности по угловым зависимостям интенсивности спектральной линии рассеяния медленных ионов Цср,уг), где ез — угол скольжения„ пг — азимутальный угол.
Л о о З о к 2ОО Ф гсе О яе 46 Рнс.4.10. Зависимость интснснвносгн сваскгргьаьной лнинн рассеяния нсйзрггльных атомов )хс и ионов Хе" с знергисй 2 кзВ на новсрхности РЦ !!!) от угла скольжения 9з ири фиксированном угле рассеяния 3 = !65 . Низкая интенсивность спектра рассеяния ионов обусловлена высокой вероятностью негпралнзаггни в нроггессе рассеюгня.
а набгноявемые максимумы зависимое~и ннтенсивнг1сп1 от угла оа- лля рассеянна нейтральных нас пи! си~зли~ е влиянием зффекта затег~енйя Заггисимоспть ипптепсиопоспги липип опт угла сколь.згсепип 1~у) позволяет судить о взаимном расгюлоясении атомов разлпч- 165 ных злсмснтов в атомных плоскостях, параллельных повсрхпости. Измсняя угол падсния. можно изменить положснис конуса затснсния отпоситсльно других атомов-расссиватслсй, расположснпых на разной глубине опюситсльно псрвого атомного слоя [рис.4.10). Таким образом, напримср. можно узнать, гдс находятся адсорбированпыс на повсрхности атомы — сверху псрвого атомного слоя повсрхности или под ним.
Зависгьиосшь иигиеисивиосиьи линии оиг азищчиаиьиого угла 1(~г) позволяст судить о взаимном расположении атомов в плоскости повсрхности. Для иллюстрации рассмотрим структуру повсрхностной кристалличсской рсшстки, образусмой атомами кислорода на поверхности М(100), прсдставлснную на рис.4.11. 1а1 и ° ° ° 1. ° ° ° ° ° в Е ва) А ° ° ° * ° ° зи] [ЗО1] Ф ° ° ° ° ° - й1 ®-0 ]]ри малых углах падения в зависимости от азимутального угла внутри конуса затснсния от атомов кислорода могут оказываться или нс оказываться атомы М .
Так, при азимутальном угле, соотвстствующсм направлснию 10011 (рпс.4.11, б) внутри конуса затснсния оказываются ближайшие к кослороду атомы псрвого атомно- Рис.4.11..)ффскг загсисшок создавасиый иовсрхиосп1ыми атомами ири расссяиии х1сдлсии1,1х юнов. г[аииь1й ириыср иривсдси лля случая расссяиия ионов Лг с аиср1исй 1 кз!3 иа иовсрхиости %(100) с алсорбировзииыми ап1ыами кислорола.
ооразуюгаими иовсрхиостиукг решетку 2 к 2 Л45 -О: л — вил сверху иа иовсрхиость; Ь вЂ” ссчсиис вдоль изирзвлсиия 100) 1. в кгл ором имссг мссто затсисиис зтОы()в М1, являк1гаихся Олихкзйшиыи сОссдями к ззОмзм кислОрОда [отысчсиы сгрслкой Л)„с - ссчсиис вдоль изиравзсиия [01!]. в котором загсисиис указаииых атомов М отсутствус г [4] го слоя $ $«„в то время как при рассеянии вдоль направления )0$ )) затенения ближайших к кислороду атомов % нс происходит.
Общий вид угловой зависимости У(~р,р) может иметь вид, представленный на рцс.4. $2. 4.б2. Эффект многократного рассеяния Многократное рассеяния имеет место в том случае, когда рассеива«ощцйся атом взаимодействует нс с одним, а с несколькими атомамц поверхности. Этот эффект наиболсс ярко бывает выражен прн скользящем падении иона, когда однократное рассеяние ма;ц)- вероятно. Многократное рассеяние имсег место„когда $«адан)щ««й ион нацелен на точку между соседними атомами поверхности, рассеяние происходит на них обоих.
Кинса«атичсскос соотношение при многократном рассеянии для л парных соударений на суммарный угол рассеяния 0 имеет следу«о«ц««й в«ид: 1;, =, $40$$«)ц)о)+()4 — $14 (Он)л)) ~ . $4.$2) (1+)н) " ($))з« ) ($«г) ф --.-Ф- — — ф" - -.Ф 1 В) - - "Ф. — - - Ф вЂ” - -в с-- -Ф------4--- в Р =$) $$«о) д' Р««с.4.12.
Т«$$1$1$1$«ь«й вид угловой зависимости ннтсисивности линии СРМИ: а — аыхол расссяния ионов Мс' с:)нсргисй 5 к;)Н «н«о)«ь нормали к «ювсрх«юстн Сн (300) в зав««с««хюс«$1 от азимута налсння ионно«о пучка $$))я ра«)111411«ых у«яов око)«ьжс«$$)я; о — в««я свсрху 1«а ИОВсрхнос«ь ~свс«лых«и кружкамн нзображсны атомы второго слоя) с указани).'и нскОВОрых нан)«авясни$$ с наимсныиими мсжзтох«ными расстояниями в нсночкс )8) Так для двукратного расссяшгя послсдоватсльно на углы О, и От потсри энсргии составляют ЛЕ(О, ) = ń— Е, = 1,! — ЦО, ))Е и ЛЕ(Оз) = Е, — Е, = ~! — А(Оз)~!г(О,)Е„, причем общая потеря энергии при двукратном рассеянии на сугямарный угол О= О, + О, оказывастся мсньшс, чсм потсря энергии при однократном рассеянии на тот жс угол О: ЬЕ(О,)+ ЛЕ(О,) < ЛЕ(О, + О ), поскольку кинсматичсский фактор монотошю умсньшастся при увсличспии угла рассеяния (рис.4.13).
Так, при О, =О =30 и,и=10, согласно 14.!) получасм Ус(О,) =А(О,) =0.97, ЦО, +О,) =0,90 и ЛЕ(О,)+ЬЕ(О,) =0.03< ЛЕ(О, +О,) =0.10. В силу этого в снс«г!тс СРМИ пнк лвук!затих о расссяния вссгла располагастся со стороны больших энергий относительно пика однократного рассеяния (общий угол расссяпия задастся гсомстрисй установки и одинаков как для однократного, так и для двукратного рассеяния).
О.а .~2~~ !ВС .|ВО, рас.4,!3. Чсорстяясская ктаиси- ~,гр д. ность каасматичсского фактора А ог угла расссяяия д дяя о = !О В качсствс примсра на рис.4.14 показан спсктр расссяния ионов Нс с энергией ! кэВ на поверхности Хп$, в котором наблюдается пик однократного и двукратного расссяния. Интснсивность пика двукратного расссяния мсньшс интенсивносги пика однократного рассеяния вследствие увеличения вероятности не!г|р*низацни (возрастаст врсмя пребывания иона вблизи повсрхности). 4аь МЮ 4ЮУ Знака яяссвввььг аяюд, аьь — ь го ю ю ю увьр раьееяния, грив В случае, когда плоскость падения-отражения ионов совнадаст с атомными рядами на поверхности образца.
возможно многократное рассеяние иа цепочке атольов. В этом случас возможны двс комби- % 6Ю И ',М~ $ 4гьь Ю. ,х ЗЮ Рис. 4.14. Снслтр рассеяния ионов )Чс' с зььсргььсй ! к>В на ььовсрхььосгьь монокристалла 7аБ (уььол рассеяния равен 45Я), состоящий из шгков озьььок)яьтьього (Хп) и лвукратного (Хп-Лп) рассеяния ь7) Рис. 4Д5. «Псглььв рассеяния в угловой зависимосць аььергьььь рассеянных ионов от угла рассеяния Л.ьья ььььььов Аг' с знсрпьсй 1 ьпВ.
Рассеянных па регулярной линейной нсоочкс атомов Си. Результаты расчета отььььсятея к углам скольжения 25 и 30" (Х) нации актов парного рассеяния на цсиочкс атомов, приводящис к одному и тому же суммарному углу рассеяния, но разным потерям знсргии. Это приводит к появлснию так называемой нсиип рассеяния в зависимости знсргии расссявшсгося иона от угла рассеяния (рис.4.15). Нижняя часть петли рассеяния соотвстствуст пссвдобинарным актам расссяния, потери знсргии для которых близки к потсрям знсргии при однократном расссянии в то В!зсмя как верхняя часть петли связана с двукратным соударснисм. Особснностью зависимости, представлснной на рнс.4.15, являстся также наличис минимального и максимального углов расссяния при малых углах скольжсния.
Наличис минимального угла расссяния обусловлсно существованием минимального возможного угла скользящсго выхода при многократном рассеянии, а наличис максималыюго угла рассеяния — невозможностью лобового удара при скользягцсм падснии, который мог бы привести к большому углу рассеяния. С увсличснисм угла скольжения ограничснис па угол рассеяния сверху исчсзаст. 4.6.3. Применение метода СРМИ для определения степени покрытия поверхности 0=1(О)!! '.
(4.! 3) Скорость роста интенсивности спектральной линии адсорбата/кондснсата при осаждении и скорость затснсния линии подложки позволяст такжс опрсдсли гь характср роста кондснсата. 170 Ввиду чувствительности спектроскопии рассеяния мсдлснных ионов к злсментному составу всрхнсго атомного слоя повсрхности данный метод может уснсшно использоваться для определения сгспсни покрытия повсрхности подложки адсорбированньп |и или осаждснными атомами. 1'1ри постоянном токе падающих ионов стспснь покрытия О выражается как отношснис интснсивиости линии расссяния ионов на адсорбированных/осажденных атомах Цд) к интенсивности спектральной линии рассеяния на сплошной плснкс того жс всшсства (т.с.
при монослойном нокрьгпш) 1': ь .в и ва о и и и кь аа и я ьк и ак л и кь Б ° вт о о и ае ьь ЛБОВ 2 ° 6 э ьв Степень покрытия, М$. Рььс. 4.1б. Зависиаьосьи нормированиоь1 на сььььььсь ьл чистой подложки шпсисивиости лььььий Ть от сгсььсьььь ььок)ьь ь ь ььа ььолложки илсьькой кьстшьььа ляя систем Си, Гс. Сг и 11Г на иовсркььосььь ТЮ (110), иллюстрирующие разливные ыскашьзмы роси ось)ювковых нлсиок.
Справа схематически иредсьаюьены кьолсльь роста иасиок Льья исслсдованнвьк металлов ' ьи ) С)ь.Т. Сапьр!ьс11 Р ЯигГ. Ясь. Кср. 27 (1997) р.). 35) Смл Е. М, Лиь1ьшин, Л. П. Питаснский, Фььтььческгьл кььььстьььька, Наука, Москва (1979). 171 Как известно, в зависимости от соотношения свободных поззь всрхностных энергий границ раздела конденсат-вакуум, подложка- вакуум и конденсат-подложка (или, что эквивалентно, От СООгношсния энергий взаимодсйсзвия между атомами конденсата друг с другом Е, и с атомами подложки Е,,), существует три механизма роста терпких пленок: островковый рост (механизм ФолмсраВебсра), рсализуьоы!ыйся при Е,, > Е,, „послойно-островковый рост (механизм Франка — Ван -дср-Мсрвс), когда сначала идет образование одного или нескольких сплошных слоев конденсата, на поверхности которых затем происходит островковый рост„и послойный рост (механизм Странского-Крастанова) при Е, < Е При послойном росте зависимость интенсивности спектральных линий адсорбата/конденсата и цод)ьожки от степени заььолнения поверхности является линейной, и при достижении 0=1 линия от атомов подложки полное'гыо исчезает.
Прн островковом росгс затенение сигнала подложки происходит значительно медленнее. На рис.4.16 представлены результаты исследования методом СРМИ роста плснок ряда металлов (Сц, Гс, Сг и Н1) на поверхности Зм оксида титана Т1ОЯ110) . В случас гафния интснсивность спектральной линии подложки (Т1)„нормированная на интенсивность сигнала от чистой подложки, линсйно убываст с увсличсписм стспсни покрьггия. Это свидстсльствуст о послойном ростс !1Г па повсрхности Т1Оз, что обусловлено сильным взаимодсйствисм НГ с кислородом подложки. В то жс врсмя для плспки Сц паблюдастся островковый розг.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
