Диссертация (1097819), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Вслучае бинарных систем соотношение, связывающее относительные молярныеконцентрации и , имеет следующий вид: /∞= , /∞(2.16)где фактор, учитывающий влияние матрицы на оже — электроны , задаетсявыражением1 + ( )=1 + ( )(︂)︂3/2,(2.17)где ( ) и ( ) — факторы обратного рассеяния для элементов и ,которые приводятся в [140, 141].Отношения /∞ и /∞ представляют собой отношения интенсивностейоже — сигналов для элементов и в системе и для образцов чистыхэлементов, полученных на той же установке при тех же условиях записи.143Точность такого метода имеет известные ограничения, например, из — затого, что форма оже — пика зависит от химического окружения элемента, видахимической связи, в которой он находится.
При этом может измениться спектрхарактеристических потерь оже — электронов. В каждом случае при анализеоже — спектров конкретных соединений нами учитывалась возможность этихтрансформаций.Оже — спектры нами использованы для получения информации об энергетической структуре исследуемых материалов.Информация о зонной структуре может быть получена из формы оже — линии, если в оже — процессе участвует один или два электрона валентной зоныили зоны проводимости. Такие оже — переходы обозначаются или .Участие в оже — процессе валентных электронов прежде всего сказывается наэнергии оже — электронов. В простейшем случае, когда оба электрона, участвующие в оже — процессе, делокализованы, энергия взаимодействия дырок и энергия релаксации будут малы, а следовательно, и эффективный потенциал эфф , представляющий собой энергию взаимодействия дырок и энергиюполяризации [140, 141], является малым.Контур оже — линии будет определяться структурой, и в случае переходовтипа этот контур записывается в виде⎧∫︀⎪⎪⎪⎨ ( + Δ) · ( − Δ) · Δ, () = ·0⎪ 1∫︀−⎪⎪⎩ ( + Δ) · ( − Δ) · Δ,00 ≤ ≤ 21 ,12 1(2.18)≤ ≤ 1 ,где ( + Δ) — вероятность перехода электрона с энергетического уровня + Δ.Рис.
2.53 (а) поясняет описанный процесс.Энергия оже — электрона в этом случае дается выражением = −2 ( + ) , где — энергия внутреннего уровня, работа выхода вещества.Величины ( + Δ) и ( − Δ) зависят от плотности состояний при энергиях + Δ и − Δ, от плотности конечных состояний и от матричного элементаперехода:⟨⃒⃒ 1 ⃒⃒1,2⃒ ⟩⃒⃒ ,⃒(2.19)144где — волновая функция начального состояния, — волновая функция конечного состояния с двумя дырками и эмитированным электроном. Если пренебречь зависимостью от плотности конечных состояний на том основании, чтоэнергия оже — электронов велика, и предположить, что матричный элементперехода постоянен в пределах зоны, то уравнение (2.18) можно рассматриватькак самосвертку плотности состояний.
Это позволяет использовать переходытипа для определения плотности состояний в исследуемом образце, а переходы непосредственно дают распределение плотности занятых состояний. Контуры линий будут иметь ширину 21 ; а линий − 1 .Анализ информации о распределении плотности состояний в валентной зонеи структуры валентной зоны соединений 2 , 2 , 4 и 2 проведенна основе оже — линий, обусловленных оже — переходами с участием валентныхэлектронов. Для — это переход при 120 эВ 12 , для — при 991 эВ 3 ,для — при 396 эВ и для — при 1230 эВ.Получение истинной формы оже — линий из экспериментальных спектровсвязано с определенными трудностями.
Во — первых, необходимо экспериментальный оже — спектр из дифференциальной формы перевести в интегральнуюи вычесть из него интенсивный фон истинно вторичных и рассеянных электронов. Кроме того, необходимо исключить искажения истинной формы оже —линии, связанные с приборным уширением, с уширением вследствие неупругого рассеяния оже — электронов при их движении к эмитирующей поверхности.Для решения этих задач использована модернизированная программа математической обработки оже — спектра системы автоматизации оже — спектрометраУВВПЧ - 100 - 001. Программа содержит следующие этапы обработки спектра:интегрирование экспериментального спектра; построение путем многократногосглаживания проинтегрированной кривой медленного меняющегося фона вторичных электронов; вычитание фона из интегрированного оже — спектра; построение функции уширения (); расчет истинной формы оже — линии.145В качестве функции уширения (), учитывающей искажения оже — линииза счет аппаратурного уширения, использован пик упругоотраженных электронов.
Обоснование такого выбора было проведено авторами работы [142].При известной функции уширения () истинная форма оже — линии ()связана с экспериментальной () через интеграл свертки:∫︁∞() = ( − ) · () · .(2.20)−∞При этом на функцию накладываются условия нормировки:∫︁∞() · = 1,(2.21)−∞что равносильно условию:∫︁∞() · =∫︁∞ () · ,(2.22)−∞−∞т.е. количество оже — электронов, определяемое из экспериментальной кривой,равно количеству электронов, определяемому из истинной оже — линии.
Дляопределения () из интегрального уравнения (2) использовался итерационный метод. Идея метода заключается в том, что в качестве первого приближения для искомой функции используется экспериментальная линия. Если к нейприменить интеграл свертки с той же функцией уширения, то получится новаяфункция∫︁∞1 () · =∫︁∞( − ) · () · ,(2.23)−∞−∞Если предположить, что1 () − () = () − (),(2.24) () = () − [() − ()](2.25)то146Применив эту процедуру i раз, на i - м шаге получим:(2.26)+1 = + (() − ).Следуя авторам [143], считаем, что критерием достаточности числа итераций, приводящих с достаточной точностью крешению, служит выражение:√︃∑︁(+1 − )2 ,Δ =(2.27)когда Δ становится соизмеримой с точностью записи спектра.
Обычно число итераций неРисунок 2.53: Схема формирования оже — линий с учетомвалентных электронов (а), высоковольтный участок оже —спектра с поверхности2после ее очистки (б),интегрированный оже — спектр, содержащийвысоковольтные пикии.превышает 20.При анализе исследуемых соединений в оже — процесс, возбужденный электронным уда-ром, вовлечены — электронные слои атомов цинка, мышьяка и фосфора,в соединениях кадмия — — электронные слои кадмия.Электронные состояния этих уровней, согласно работам [109,144], принимаютучастие в образовании валентных зон.
В 2 нижняя часть валентной зонысформирована из 3 — состояний фосфора с примесью 4 — состояний цинка,остальная часть валентной зоны образована 3 — состояниями фосфора и 3 —состояниями цинка. В фосфидах кадмия валентная зона, согласно работе [144],сформирована из 4 — состояний и 3 — состояний фосфора.Информации о формировании валентной зоны диарсенида цинка в литературе нет, тем не менее можно предположить, что аналогично рассмотреннымматериалам 3 — состояния цинка и мышьяка участвуют в формировании валентной зоны.147По данным работ [109,144] и экспериментальным спектрам в области > [3, 4], общая ширина валентной зоны каждого из перечисленных материаловлежит в пределах 10 · · · 20 эВ. Учитывая это обстоятельство, можно предположить, что энергия взаимодействия двух дырок в конечном состоянии меньше,чем удвоенная ширина валентной полосы, и, согласно [134–136], оже — линияявляется зоноподобной и определяется распределением в валентной зоне плотности занятых состояний.При проведении исследований до измерений поверхность кристалла подвергалась очистке путем бомбардировки ее ионами аргона и последующим прогревом.
Контроль за процессом очистки осуществлялся по уменьшению оже— пика углерода. Прогрев кристалла проводился в стороне от анализатора стем, чтобы избежать случайного напыления на его электроды, электроды электронной пушки атомов или молекул исследуемого кристалла. После прогревакристалл вновь устанавливался перед анализатором энергии и производиласьзапись оже — спектров в тех диапазонах энергии, которые содержат оже — пики элементов исследуемого кристалла.
На рис. 2.53 (б) показаны два участкаоже — спектра 2 — относительно низковольтный и высоковольтный. Каждый из этих участков сформирован оже — переходами и . Для анализавыбраны пики цинка и мышьяка, так как они имеют зоноподобный характер, сучетом режима работы электронной пушки (при этих энергиях нет трудностейс получением аппаратной функции оже — спектрометра).На рис.
2.53 (в) показан проинтегрированный участок оже — спектра 2 ,содержащий все высоковольтные пики и .Наиболее интенсивный пик цинка 3 4,5 4,5 — при энергии 989 эВ и пикмышьяка 3 4,5 4,5 — при энергии 1228 эВ. По спектру определены границы расположения оже — пиков и в этих границах записаны выбранные дляанализа оже — пики. На рис. 2.54 (а,б) показаны оже — линии и , записанные в оперативную память ЭВМ с накоплением при десятикратной записи.Эта процедура позволяет существенно улучшить соотношение сигнал — шум.На рис. 2.54 (в,г) представлены оже — линии 3 4,5 4,5 цинка и мышьяка после интегрирования и вычитания фона. Интегрирование спектра производится148Рисунок 2.54: Оже — линии (993эВ) и (1230эВ) (а,б), оже — линииипосле интегрирования ивычитания фона (в, г).Рисунок 2.55: Исходные и восстановленные оже — линии элементов в соединениях52 (2ℎ) (в, г).2 (48 )(а, б) иметодом трапеций, вычитание фона основано на методе, предусматривающеммногократное сглаживание спектра и вычитания из исходного.Каждая из проинтегрированных оже — линий цинка и мышьяка в 2имеет по два максимума: — при энергиях 971 и 989.7 эВ, — при энергиях1210 и 1226.7 эВ.
Эти линии содержат в себе аппаратурное уширение. Восстановление «истинной» формы оже — линии произведено с использованием метода обратной свертки. При этом в качестве аппаратной функции (или функцииуширения) используется проинтегрированный пик упруго отраженных электронов, записанный при энергии исследуемого пика, с той же величиной модуляцииотклоняющего потенциала.149Рисунок 2.56: Исходные и восстановленные оже — линии элементов в соединениях2(а, б) и4(в, г).На рис. 2.55 — 2.57 представленны восстановленные оже — линии элементов5кристаллов 2 (2ℎ), 2 (48 ), 2 , 4 и 2 .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
