Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Па вглигвкв иривслсна схема расссяния в рояльном ~~ространгл вс 141 По аналогии с рассуждениями, проведенными для трехмерного случая, получаем, что дифракционную картину будут давать лишь 241 Рис.6.12. Ди фракии юи лая геометрия лля расссиюия иа повсрхпосытой рсисткс крпсгила при угле палсиия то. азпмутальтюм угле Н и угас расссяиия 20. Показал падающнй луч. лва лпфраоцюваипгях луча. расссяипых сора пю от повсрхиости кристюпта, лва лифратироваииых луча, рассеянных внутрь крнспьяла. и прошслший луч Для нормального падения (~о = 0 ) имеем л~/А +Р 16.1б) яп(2д) Таким образом, измеряя брсгговский угол, опредсляемый расположением рефлексов на получаемой дифракционной картине, и зная длину волны падающего излучения, можно найти мсжатомнос расстояние.
В общем случае выбор используемого излучения основывается на удовлетворении условия дифракции, т.с, сравнимости длины волны излучения с межатомным расстоянием в кристалле И вЂ” 3 А. Для электромагнитного излучения данному условию удовлетворяют ретптеновскис кванты с энергией ! —:10 кэВ; 1Е =Ь =/ /1 l Ы ' 4кэВ). Рентгеновское излучение используется в методе рснтгсноструктурного анализа объемных кристаллов. Для пучка электронов .итсргия должна составлять 1Оч 200 эВ: 243 Е,, = р 12т,, =lг' 1Ъи,,Р.
-Ь У2л1,,г! 6.62 .1О "Дж с .1.62 10" Кл - 20 эВ. 2 9.1-10" кг.9 10 ив и На этом принципе основаны методы дифракцип медленных и быстрых электронов. В качестве излучения можно также использовйзь пу гок нте~шовых» нейтронов с энергиями 0.1 —:0.01 эВ: 6.62 10 ~~ Дж -с .1.62 10 га Кл 2.!.7 10 ~ кг-9.10 ~ м Прсимуьцсства использования дчя исследования структуры поверхности электронного пучка перед нейтронным и рентгеновским излучением заклгочастся в простоте его фокусировки, большом сечении рассеяния 1рис.6.13) и малой глубине проникновения электронов с даннымп энергиями в образец 1длина свободного пробега — 5-:10 А). Рис.б.!3.
Примсрныс зависимости амнл1пуд атомного расссяния от знсргин аясктронов и рснтгсновских квантов для случая ачнгминня. По мсрс возрастания амилитуды расссяния н1сктронов сродная глуоина ана;ньаирусмого слоя убьгааст к~ ю' Зн*р,"ям ЬБ) 6.4. Аппаратура, геометрия и структурные эффекты в ДМЭ Схема экспериментальной установки для дифракцпи медленных электронов представлена па рис.6.14.
В данной геометрии нсполь- 244 зуется нормальное падение электронов на 3нзверхность образца (~р = 0 ) при энергии электронов ЕО = 10+500 эВ и токе в падающем электронном пучке 1 —.2 мкА с диаметром пучка 0.1 —:1 мм. Р33С.6.14. Схема установки лая ДМЭ. Эвсктронный 3!учОк И!!ласт 33О ИО1зм3щи к новсрхиости обр3гзца„а Лиф13аг3313Ованныс ИОД 13азличными у!лами 'злсктроны нрОходяз' '!орсэ снстсму заасрживакицих сот!!к 1-3 и иоиаяак3г на фнюорссцснтный экран.
формируя Лифракциоииос изображс3щс в вилс свстящихся рсфлсксов. Экран И ССТКН 33РСДСЗЗВЛЯЮГ СО- оой сфсричсскис сскиии, общий цщи р которых иахолигся на иовсрхности 3Ь~ хтяхю ~тсмм образца в той гочкс. куда надасг исрвичиый элскгрониый лучок. 11ить и!!кала эась3рощюй 33у щки находится иоа отрицательным иотснииаяом — 1, опрслсля3ощим кш3стичсску3о .3исрпио л исрвн*!ного элсьтро3Н3ого пучка КЕ = с1' . 13 области ысжлу зазсмлащыми об- Р разном и соткой 1 .зчскгроны Лвижу3ся свобоаио. На зМсржи33а3О33333с сстки 2 и 3 иоаастся 3ирицагсльиый ногснциал — 1~ + Л1'. Создающий барьср лля нсуируго- л расссянных электронов с;,3нсргиями КЕ < С1', а на 31>люорссиснгный экран— я ускорякицсс иоложитсяьнос наиряжснис+5 кн 1р33с.3х15) 141 На нить накала электронной пушки подастся отрицательное напряжение — ря, а между заземленным образцом и полусферическим флуоресцентным экраном, визуализирующим дифрапзрованные элсктронныс пучки, устанавливаются трн замедляющие сетки, из которых в33угрен33яя заземлена, а две внснших находятся под потенциалом, немного меньшим потенциала нити накала — р, + Лг' (ЬГ << 1';, ).
В пространстве между образцом и первой сеткой происходит свободный разлет рассеянных электронов, между первой и второй сетками происходи.г их замедление и отсев нсупругорассе- 245 яиных электронов с энсрп1ями Е « Еп —— е1'„, между второй и третьей — свободный разлет оставшихся упругорасссянных элек- тронов, а между третьей и экраном — их ускорение. Распределение потенциала между экраном и образцом показано на рис.6.15. и ;„+Л$ Рис.бд5. Расирслслсиис потсициала мсгклу образцом. залсрживающиъш ссз ками !, 2 и 3 и флюорссцситиым экраиом в устаиовкс по ДМЭ. Упругорасссяии! ю злск- троны с кииспшсской оисрп!сй ВГ .
оирслслясмой иа!1рягксиисы Р иа Виги пал я кала 'Злскгроиио!! Иуи!ки. проки!!Вт '!срсз заясржиги1Ю1иис сстки. В то Врсмя как элсктроиы, исиьпавшис рял исупругик 1ктгсрь и имс1ощис мсиьшис киисгичсскис зисрпш, заасрживаются иотсициальиым барьсром, созлавасмым сотками 2 и 3 иа которыс подастся иапряжсиис — Г, + о1', глс аи << г'„. Это позволяет получать болсс коиптастиу1о лифракциоииз ю картии! иа зкраис яп20 = Ь /Е. 2аб (6.17) В представленной геометрии наблюдение дифракционных рефлексов на экране проводтггся через прозра шос окно, установленное за образцом.
11оэтому размеры образца и электронной пушки должны быть достаточно малы, чтобы нс заслонять от наблк1датсля всей дифракционной картины. Наблюдаемая на флюоресцентном экране дифракционная картина представляет собой набор точечных рсфлсксов (рис. 6,16). Зная геометрию установки для каждого рефлекса можно определить значение бр:лтовского угла О.
Если У. — расстояние от образца до экрана, а А « А — расстояние от центрального пятна экрана до одного из рефлексов 1см. рис. 6.16). то угол рассеяния 20 определяется из соотношения 1'нс. б.1б. Дифракционная картина от новсрхиости %(111)7~7 1нснтрааьнос зсмнос вязни прсяставляст собой тань ог образца иа зкраис установки ДМЭ) 151 и схсмагнчсскос изображсиис гсогисгрии в мсголс ДМол l — рассгояиис о1 образца до флгоорсснсипгого экрана. й — угол отражения, 20 — «тол расссяиия зяскгронного пучка, Ь вЂ” расстояние от цситрального ннгна на зкранс (ктснь» от ааскгрониой пуи1ки) ло одного из рсфлсксов, образусимх отражсиньв1и злсктроиаьни Таким образом, для рассматриваемой геометрии дифракцип 1д = О ) из соотношений (6.15) и 16.17) можно определить мсжпло- скостнос расстояние «! = И)ЛХ,/Ь, 16.18) гле т = ъй +А — иеоос числа.
и 1.1а практике дпфракциоппая картина нс всегда имеет такой простой вид, как представлено на рис.6.16. Усложнение дпфракционной картины может быть обусловлено следующими факторами: 1) эффекты многократного рассеяния электронов; 2) несовершенство кристаллической решетки; 3)нскогсрснтность электронного пучка и доменная структура поверхности; 4) тепловые колебания пове1зхностных атомо~. 6.4.1.
Влияние дефектов, доменной структуры и кластеров на поверхности Идеальное периодическое расположение атомов поверхности порождает дифракционную картину рефлексов в ДМЭ. 1'1е)зиодичность и резкость рефлексов (пятен) определяется трансляционной 6.4.2. Учет тепловых колебаний атомов решетки Зависимость интенсивности днфрагировавшсго элсктроннаго пучка от амплитуды отклонения атомов определяется соотношенн- см: 1 = Уо ехр!,— М), — фактор Деоая — Валлера Здесь ~б.20) где Ма — масса атома, Т вЂ” температура, А — постоянная Больцмана, Оо — дебасвская температура, определяемая соотношением ЙМ = АОо (го — наиоольшая возможная частота фоно((а в (вардом 1 г уп.у теле), а ф(л-) = — ~ — функция Дсбая.
Теоретическая зависих ез — 1 О мость среднеквадратичной амплитуды тепловых колебаний атомов кристаллической решетки < и > от температуры Т (сплошная кривая) представлена на рис 6 )7. фракционная картина от них нс будет отличаться от днфракции на сплошной монокристалличсской пленки. В случае ЛХ > а когсрснтность лучей, дифрагировавших на доменахйластсрах с различной кристаллической ориентацией, приведет к их интерференции и, таким образом, значительно усложнит общую дифракционную картинуу. Т Ригс.бд7. Тсорстичсская зависимость срсдискваярзгичиой амилитуяы тсиаовык колебаний атомов кристаяличсской рсшики < И > ог тсмисрзтуры T(силоиь иая кривггя) и сс зсимитотнчсский виа ири тсмисратурах т» О (иуикгиризя кривая).
При иулсвой тсмисратурс суигсству1от тзк иззывзсмыс «иуясвыс колсоа- 2 нияз, срслисква яраги ьвая аагичнгула которых составляст ЗА / 4зг' А О Таким образом, с увеличением температуры и амплитуды колебания атомов поверхности интенсивность дифракционного пятна оудст экспоиенциально уменьшаться. 6.5. Использование метода ДМЭ в исследовании наноструктур и поверхности твердого тела 1.
Исследование адсорбиии!и на поверхности Я(111) Структура поверхностной решетки, образуемой адсорбированными агомами на поверхности подложки, отображается в виде дополнительных рефлексов в дифракционной картине. В ряде случаев симметрия подложки допускает существование нескольких доменов с различной структурой. 250 а в ° ° е ° О ° ° Ф г ° в ° о б ° а:; в зз ° а ° а о ° о а ° Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
