Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Авторы отдают себе отчет, что книга далека не охватывает всех направлений применения изложенных в ней методов исследования. Набор приведенных примеров отражает ли!Нь научпыс интересы авторов и, несомненно, огра- нилЕСН. Настоящее пособие подготовлено на основе материалов лекций па курсам «Физические методы исследования поверхности твердого тела», «Физические основы исследования наноструктур и поверхности твердого тела», читаемых профессором Трояном В.И. и доцс1! Том Пушкиным М.А.
на кафедре молекулярной физики МИФИ, а также по материалам работ, опубликованных в зарубежной и отсчсствсшюй литературе и трудах научных конференций. Исходным материалом для написания книги послужили конспекты лекций профессора В.И. Трояна„рласширенн! Ес и значительна дополненные доцентом М.А. Пушкиным, который и подготовил начальный вариант текста с описанием физических основ всех описанных в книге методов исследования наноструктур и поверхности твердо!.о тела. Этот вариант был переработан ими нри участии В.Д.
Бормана и В.Н. Тропина. По материалам опубликованных работ всеми автрами были добавлены параграфы 2.8, 3.11, 4.8, 5.5, 6.5, в которых приведены примеры применения описанных в книге методов. Предисловие к книге!!вписана В.Д. Борманом. 1г Кояясктив авторов бяагонарсн А.П. Мону~попкову за обсуждснис содсржания книги н критичсскис замечания. Авторы благоларны также П.В.
Борисктку за помощь при подготовкс рукописи. 13 Глава 1. Введение 1.1. Классификация методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела Физические методы, наиоалсс ~вето испальзусмыс в настаягцее время для исследования наноструктур и поверхности твердого тела, представлены в табл. ).1. В основу данной таблицы положена группировка методов ца способу внешнего воздействия на исследуемый объект и по типу регистрируемого ответного сигнала. Внизу таблицы лапа расшифровка сокр~пцс~шых названий перечисленных в ней методов.
В качестве внешнего воздействия на исследуемый объект мажет пспользовагься электромагнитное излучение с энергией Ь, пу гки ускоренных да определенной энергии электронов, ионов или нейтральных атомов, температура, электрические и магнитные поля. Сигнал, регистрируемый прибором и несущий информацию о свойствах исследуемого объекта, определяется характерам его взаимодействия с выбранным воздействием и лежащими в ега основе физическими явлениями, К таким явлениям можно отнести поглощение и эмиссию электромагнитною (в частности, рсиггсновского) излучения, фатаэмисси1а, эмиссию аже-электронов и ионов, упругое и неупругас рассеяние электронов и ионов, дифракцию рентгеновского излучения и электронов, десарбцша атомов с поверхности, туннслированис электронов через потанин шьный барьер между исследуемым объектом н зондам.
а также взаимодействие ~магнитное, куланавскос, ван-дср-ваальсаво) зонда и локальнога участка поверхности исследуемого ооьскта. 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 исиущеннага 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 образоги прямое изо- 14 бражепис исследуемого объекта (СТМ, АСМ.
МСМ, ПЭМ„РЭМ, СОЭМ. ПИМ, полевая эмиссионная микроскопия); дифракционныс методы, анализируюэцис дифракционные карпшы, образующиеся при прохождении илн рассеянии на образце излучения или пучка частиц (РСА, ДМЭ, ДБЭ, ПЭМ в режиме дифракциц); масссисктромстричсскис методы, в которых регистрируется распределение испуше!шых частиц по массе (ВИМС, МС с бомбардировкой быстрыми атомами, элсктрошю-зондовая МС.
ТПД, ЭСД). Следуе! отметить, что один и гот же источник воздействия на исследуемый оьъскт может использоваться в различных методах в зависимости от вида регистрируемого сигпаэ!а. Например, при облучении образца монохроматическим рентгеновским излучением можно регистрировать картину дифракции рентгеновского излучения на кристаллической решетке образца (метод РСА), спектр поглощения рентгеновского излучения, прошедшего через образец (методы РАС, ПТСРСП, ОСРСП), спектр испущснного образцом характеристического рснзтеновского излучения (РСМА„ РЭС), энергетический спектр и спущенных образцом фотоэлектроно в (РФЭС) и ожс-электронов (РОЭС).
Эти спектры несут информацию об элементном и химическом составе образца, его электронной и локальной атомной структуре. Разные методы позволяют получить разли шую информацию об исследуемом объекте. Как правило, при анализе наноструктур и поверхности твердого тела паиболес важной является информация об их сань!ли!ой с!!!!эукэлэтэе, атемелэээээа,э! сов!!иве и:искээуоээлых гттсэээвлх. Возлюжпостп основных методов исследования наноструктур и поверхности с точки зрения получаемой с их помощью информации проиллюстрированы в табл. !.2. Плюсы означают, что информэщшо данного типа можно полу~ппь пугсм стандар'!т!о!о анаэ!изэ! экспериментальных данных. Плюсы в скобках указывают, что экспериментальные дгцщыс несут информацию указа!щого типа, однако ее извлечешю либо требует специальной мегодики анализа полученных данных„либо возможно только для ограниченного набора исследуемых объектов.
О!ъэетим, что объем и харакгер информации, получаемой с помощью того или иного метода, может сущсствсшю варьироваться. Тай!ни!а 1.1. Основныс фнзичсскис мстоды исследования ианоструь!ур и поверхности. сгруппированиь>е но типам воздсйствия на исслсдусмый объект и рсгнстрирусмого сигнала. Ь вЂ” .и!ск!Роыапнзтнос излучение, е, Л' — пучки ускоренных энскгроиов и ионов. Т- тсмисрагура Расшифровка сокращс!шых ~азалией мс!онов: РСЛ вЂ” рситгсноструктурнь!й (или рснзтснолифракционный) анализ РЭС вЂ” рспп сновс хая эмиссионная с иск грос копия РАС вЂ” рс!гттсновская абсорбционная спсктроскопия 1ПСРСП вЂ” проз яжснная тонкая с!рук!ура рсн !тсновско!.о снсь !ра нопющсния ОС РСП вЂ” окояонороговая с! руктура рснтгеновского снск!ра ногло!нсш!я РФ:)С вЂ” рснти сновская фотоэлектронная сцсктроскопия = ЭСХА — элсктроиная сцсктрОСКО!н!я лля хныичсско!'о ана !иза УФЭС вЂ” ультрафиолсговая фотаэлек! ровная сискцюсьония ФЭС вЂ” фотоэлсктроиная снсктроскопия РОЭС вЂ” возбуждаемая рснзтсновским ншучснись! ожс-)лск!Ронная снсктроскоция РСМЛ вЂ” рспп сноснсктральный мнкроанализ (эисргот!испсрсионный / с волновой дисперсией) ИФЭС вЂ” нивсрснонная фотоэмисснонная сцсьгроскония ОЭС вЂ” ожс-элок!Рошгая сискзроскоиия СОЭМ вЂ” сьаниру!ои!ая ожс-злсктропная микроскопия ДМЭ вЂ” лнфракция мсллснных элсь! ронов 11БЗ- дифракция быстрых зясктроиов СХ! 1ЭЭ вЂ” спсктроскопия характсристичсских потерь энсрпш эясктронами 11ЭМ вЂ” цросвсчнв нощая элсь-! Ровная ьшкрослония Ввиду громоздкосп! русских аббревиатур в литсратурс обычно использукн англоязычныс сокращсния ЕХЛЮ (11ТСРСП) н ХЛ)ч!ЕК 1ОСРСП).
' Просвечивающая .!ясктроииая микроскопия. з! Полевая >миссиоиная микроскопия. РЭМ вЂ” ряс ~ровня злсктронпая микроскопия ИИС вЂ” иопно-нсйтралпзациоппая спсктроскопия СРМИ вЂ” спсктроскопия расссяния мсдлснных ионов СРЬИ вЂ” спскзроскопия расссяния бысгрых ионов ОРР - обратнос рсзсрфордовскос расссянпс БИМС вЂ” вторично-ионная масс-спсктроскопия СЗМ - сканирующая зондовая микроскопия СТМ вЂ” сканирующая ~унислыгая зшкроскония СТС вЂ” сканируюнгая туннсльная спсктроскопня ЛСМ вЂ” атомно-силовая микроскопия МСМ вЂ” магщгпю-силовая микроскопия ПЭМ вЂ” пгсясвая змиссиоиная микроскопия ГИ1М вЂ” половая ионная микроскопия ТГ1Д - тсмпсрагурно-программирусмая дссорбния Табаица 1.2. Возмогкносги основных кгстотов нсслсдования н.пюструктур н по- всрхпости твсрдого тола с точки зрсния чипа получасмой ннформагиш Лгп-пиз!сиее ггазвагпгс ХКО.
1 ЕНИМЕНЭ, ТЕМ. БЕМ. РЕМ, Р1М„ ЛРМ, МРМ СТАИ.;ТС БТМ/БТБ СРВИ, О1'Р ИЕ1Б, КВБ СРМИ ЬЕ1Б ПТСРСП ЕХАРБ ОСРСП ОЭС, СОЭМ ХЛХЕБ ЛР'з. БЛЕМ ЕОХ,/ВЧзХ ВИМС РЛС, РЭС Б!МБ ГРП Х1'Б/ЕБСЛ, РГБ. ХЛЕБ 1'ФЭС.'ЭСХЛ ФЭС,РОЭС УФЭС, 13РБ,! РЕБ СХПЭЭ 1-:Е1-Б 17 па Русаков названия РСЛ. ДМЭЯЬЭ. П зМ, РЭМ, ПЭМ, ПИМ, ЛСМ, МСМ .Лт1ямйи!т ' — Эпсмвн1гмьй~ ., ЭчФтсТРззпщза ст!зззгту!зв- ' .'-::Марап'.,',:.:-.:,смйатва крсс(гоксору Гог сЬгпш- (гайана( гкосЬгоша( Расшифровка сокра(псин(ах ливийских названий ис(ояоа: Х й0 — х.гау д(ГГгасйоп ХЕ — х-шу спйкк(оп крсс(гоксору ХАЯ - х-гау аЬкогр(юп крсс(гоксору ЕХАЙ вЂ” сх(спдсд х-гау аЬкогр6оп йпс к(юснис ХАМЗ вЂ” х-(ау аЬкогрбоп псаг-сдас к(гисп(гс ХРЯ вЂ” х-гау рЬо(ос1сс(гоп крсс(гоксору = ЕВСЛ - с1сс(гоп са! апа!ук(к (1РБ — и!(га-ч(о!с( рао(ос!сс(гоп касс(гоксору РЕЯ - РЬо(ос!сс(гоп крсс(гоксору ХАМ вЂ” х-гау схс((сд Лнасг-с1сс(гоп крас(гоксору ЕОХМЧ)Х вЂ” спсг((у/и"акс д!крсгк(гс х-гау ппсгоапа1ук(к !РЕК вЂ” !пасггс РЬо(осп((кк(оп крсспгаксору --- !З! — Ьгсшкк крсс(гоксо!)у АЕ — Аивсг-с1сс(гоп крсс(гоксору БАЕМ вЂ” ксан(шар Апасг-с(сс(гоп пдсгоксору 1 ЕНЗ вЂ” 1оа" спсгау с1сс(гоп д(Т!гасйоп !1ЕЕ!З вЂ” Ь(ВЬ спсгяу с1сс(гоп д(Г(гасйоп ЕЕЕБ — с(сс(гоп спсгак !окк крссгоксору ТЕМ вЂ” (гапкин(к(дон с(сс(юп писгоксору БЕМ - ксапп(пд с!сс(гоп пнсгоксору 1(Ч — гоп пои(га! (габон крсс(гоксору 1 ЕБ — 1ою спсгау 1оп кса((сг(па крсс(гоксору МЕ!В - шсдшш спсгау шоп кса((сг(пя крссггоксору !1Е1$ — Ь(я!( спсгау гоп кса((сная крсс(гоксору йВ — Гк(пасг!огд Ьас((ксаисг(пя( крсс(гоксору Ый!Я -.
кссоп(!агу 1оп (пикк крсс(го(пс(гу БРЧ вЂ” ксапп(п(( рюЬс шгсгоксору ВТМ вЂ” ксаппшя (иппс1нп( писюксору БТЯ вЂ” коапп!и(( шппс! шя крсс(гоксору ЛРМ - а(ош(с 1огсс (шсгоксору МГМ вЂ” п(авпс(гс 1огсс писгоксору РЕМ вЂ” Г(с!(! спикгдоп гшсгоксору НМ вЂ” Йс!д гоп п(!сгоксору ТР!З вЂ” (сшрсг иигс рго((га(пшсд (1скогр6оп Так, метод ДМЭ позволяет определить структуру кристаллической решетки образца, а метод ЕХЛРБ чувствителен к локальному атомному окру~ксн(г(о; РЭМ ((сно;(ьзустся для исследования мор(1(ологии объектов с размерами >!О нм, а СТМ и АСМ позволяют наблюдать отдельные атомы на поверхности твердо(о тела; метод РСМА используется для определения элементного состава приповсрхностной области образца глубиной в единицы микрометров, а мегод СРМИ чувствителен к первому атомному слою поверхности. Кроа(е того, нскаторыс методы предьявлякуг определенные трсбо- вания к исследуемым образцам.
Например, методы СТМ/СТС применимы только для проводящих образцов, МСМ вЂ” для исследования мапнпных материалов, ПЭМ иснользус1 ся для анализа тонких ПЛЕНОК. Помимимо сокра1цснных названий методов на русском языке, для справки в табл. 1.2 также приведены названия, иснользусмыс в англоязычной литературе. Необходимо отмстить, что табл. 1.1. н 1,2 нс охватывают всего спектра экспериментальных физических методов, применяемых при исследовании наноструктур и поверхности твердого тела.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
