Диссертация (1097819), страница 29
Текст из файла (страница 29)
3.4 (а)—(в) и 3.5 (б) и (в) представлены оже — спектры поверхностикристаллов после ионного травления. Энергетическое положение и формы оже— линий сравнивались со справочными оже — спектрами , и спектрами , [150]. Оже — линии отдельных элементов исследуемых материаловимеют тот же характер, что и оже — линии для чистых материалов , , и.т.д., за исключением небольших отличий в форме и положении оже — линийодного и того же элемента в разных соединениях.
Эти отличия обусловленыхимическими связями, в которых находятся атомы в каждом из рассматриваемых соединений. Энергии оже — электронов определены экспериментально призаписи оже — спектров. На рис. 3.4 и 3.5 приведены энергии и типы оже — пере-16752 (a), 2 (48 ) (б), 2 (2ℎ) (в) после = 2 мкА, = 30 °) и изменение величины пика углеродаРисунок 3.4: Оже — спектры поверхности кристалловочистки ионной+бомбардировкой (=3кВ,в зависимости от времени травления поверхности (а’)—(в’).ходов для исследованных образцов.
Оже — переходы указаны в обозначениях,принятых в рентгеновской спектроскопии. Тип оже — перехода определялся поданным, приведенным в работе [151].Для каждого соединения на рис. 3.4 (а)—(в) и 3.5 (б) и (в) приведено изменение интенсивности оже — пика углерода в процессе ионного травления какфункция времени травления (см. вставки). Очистка поверхности от атомов углерода для всех кристаллов проходит за время менее 10 мин. Небольшие пикиО (272 эВ), О (504 ÷ 512 эВ) и (215 эВ), которые можно наблюдать нанекоторых образцах после ионной бомбардировки, можно объяснить эффектом«вбивания». Этот эффект наблюдается на многих материалах, подвергавшихсяионной бомбардировке [150].
При ионной бомбардировке могут происходить изменения элементного состава поверхности или химического состояния атомовисследуемого образца.Изменение элементного состава поверхности обусловливается различием вкоэффициентах распыления. В материале, состоящем из двух или более элементов, как правило, происходит преимущественное распыление одного из них,имеющего более высокий коэффициент распыления. Уменьшение концентрации этого элемента при ионной бомбардировке продолжается до тех пор, покане будет достигнуто равновесного состояния, при котором относительная концентрация элементов на поверхности определяется относительной скоростьюраспыления.
В работе [151] приведены коэффициенты распыления элементов в168 и к и в процессе ионного травления +52 (2ℎ) (1), 2 (2), 4 (3); ожe — спектры с поверхности 2 (б) и 4 (в) после+ионной ( ) бомбардировкой, изменение пика углерода в зависимости от времени травления2 (б’), 4 (e’).Рисунок 3.5: (а) — изменение отношений оже — пиковкристалловочисткизависимости от их номера в Периодической системе элементов Д.М.Менделеева.
и имеют более высокие значения коэффициентов распыления, чем и, что приводит к обеднению приповерхностных слоев исследуемых кристал5) на рис. 3.5(а) приведенылов атомами и . Для 2 , 4 и 2 (2ℎотношения оже — пиков и к оже — пикам в процессе ионной бомбардировки. После удаления с поверхности углерода устанавливается соотношение / , которое в дальнейшем не меняется. С учетом более высокого коэффициента распыления атомов металла поверхность обогащается атомами фосфора. Последующий подъем температуры образца приводит к преимущественномуиспарению атомов фосфора в соответствии с результатами термообработки исмещению отношения / в сторону обогащения поверхности металлом.Таким образом, при подборе соответствующего режима температурного отжига кристалла можно сформировать элементный состав поверхности, близ-169кий к стехиометрическому.
Следовательно, температура отжига для каждогоиз рассматриваемых кристаллов должна равняться той, при которой начинаются испарение фосфора (мышьяка) и обогащение поверхности атомами цинка(кадмия). Суммируя выше изложенное, можно рекомендовать следующий режим очистки поверхности от загрязнения:– травление поверхности ионами аргона с энергией 1 кэВ при нормальном кповерхности падении ионов и токе в пучке 2 мкА в течение 10 мин;– температурный отжиг кристаллов в течение 20—30 мин при температурах5475 ÷ 500 (2 ), 230 ÷ 250 (2 (2ℎ), 230 ÷ 250 (4 ), 200(2 ).Выводы: Изучено влияние ионной бомбардировки поверхностей кристал5лов 2 (48 ), 2 (2ℎ), 3 2 , 2 , 2 и 4 . Определено изменениеэлементного состава поверхности в результате травление поверхности ионамиаргона обусловленное различием коэффициентов распыления элементов соединений.
Установлено, что температура отжига для каждого из рассматриваемыхкристаллов должна равняться той, при которой начинаются испарение фосфора (мышьяка) и обогащение поверхности атомами цинка (кадмия). Разработанрежим очистки поверхности, включающий температурный отжиг и травлениеповерхности ионами аргона, при котором достигается наилучшая очистка поверхности от загрязнений и сохраняется стехиометрический состав поверхности.3.3Влияние ионной бомбардировки на свойства поверхности 2 5 .Граница длинноволновой чувствительности фотоэмиттера определяется шириной запрещенной зоны и величиной барьера на границе раздела полупроводник — активирующее покрытие. Наиболее интересным материалом группыэтой группы для создания фотокатодов для ближней инфракрасной области,обладающим необходимыми для этого параметрами, является 2 .
Ширина запрещенной зоны этого материала = 0.9 эВ подходит для регистрацииизлучения неодимового лазера с = 1.06 мкм [4]. Кроме того, дырочный типпроводимости и высокий уровень концентрации носителей (1016 − 1018 см−3 )обеспечивают узкую область изгиба зон у поверхности полупроводника и по-170ложение уровня Ферми вблизи потолка валентной зоны. Высокая величина коэффициента поглощения ∼ 104 см−1 , обусловленная прямыми переходами привозбуждении электронов из валентной зоны в зону проводимости, и большиедиффузионные длины (0.1 ÷ 10 мкм) неосновных носителей заряда благоприятствуют достижению высоких значений квантового выхода.Монокристаллы 2 после установки в вакуумную камеру и достижениявакуума 1 ÷ 2 · 10−7 Па подвергались очистке ионами аргона и отжигались при300 в течение 10 — 15 мин.
Очистка кристаллов установленных в отпаянныхлампах проводилась их прогревом при 350в течение 15 мин. Во времяотжига кристалла вакуум в системе поддерживался не хуже, чем 1.4 · 10−7 Па.После прогрева кристалла и снижения его температуры до комнатной на поверхность наносится цезий до достижения максимума тока фотоэмиссии. Послепрекращения нанесения цезия в течение нескольких минут происходят небольшой спад тока фотоэмиссии и его стабилизация. Оже — спектры с поверхности2 снимались до нанесения цезия и после достижения максимума фотоэмиссии (рис. 3.6(а) и (б).
Сравнивая спектры а и б (рис. 3.6), можно заключить,что цезий адсорбируется на атомах цинка. В спектре цезированной поверхности отсутствует низковольтный пик цинка (59 эВ), в то время как пик мышьяка(95 эВ) мало изменился.Прогрев активированного кристалла до 350приводит к незначительномуснижению пика цезия.
Более того, прогрев до 550 также не приводит к полной десорбции нанесенного на поверхность цезия. Это является свидетельствомпрочности связи цезия с поверхностью через атомы цинка. Спектральное распределение квантового выхода фотоэмиссии для четырех прогретых при разныхтемпературах цезированных образцов 2 представлено на рис. 3.6(а).В отличие от процесса активирования соединений 3 5 [134, 136, 147, 151],где для достижения максимума фотоэмиссионного тока требуется многократное нанесение цезия с промежуточными прогревами, активирование 2 цезием происходит за один цикл [152, 153]. Последующий прогрев кристалла до350и повторное нанесение цезия приводят к первоначально достигнутомууровню фотоэмиссии. Цезий на поверхности 2 снижает работу выхода,171Рисунок 3.6: Спектральное распределение квантового выхода2 : :а — четыре образца, прогретыхперед активированием при разных температурах, : 1 — 90, 2 — 180, 3 — 250, 4 — 350.
Спектральное2 : − до (1) и после прогрева образца при температурах,350 и нанесения − (5). Оже — спектры спосле (б) нанесения до достижения максимума фотоэмиссии.распределение квантового выхода: б — : 2 — 90, 3 — 180, 4 — 250 и после прогрева приповерхности2до (а) иоднако отрицательное электронное сродство при этом не достигается, так какработа выхода снижена недостаточно. Именно этим обусловлена слабая фотоэмиссия в области энергий квантов света 0.9 ÷ 1.5 эВ. Увеличение фотоэмиссиипри больших энергиях квантов связано с увеличением коэффициента поглощения и приближением к поверхности области поглощения возбуждающего излучения.
При этом происходит эмиссия в вакуум лишь «горячих» электронов.Такой же характер имеет фотоэмиссия из , , при активированиицезием [134, 136, 147, 151].Длительная выдержка в лампе цезированной поверхности 2 (24 ч) приводит к некоторому росту квантового выхода и сдвигу порога фотоэмиссии вобласть меньших энергий. Этот эффект может быть обусловлен кислородом,который входит в состав остаточной атмосферы лампы. При взаимодействииэтого кислорода с цезием на поверхности кристалла происходят дальнейшееснижение его работы выхода и смещение порога фотоэмиссии в длинноволновую часть спектра.172Состояние отрицательного электронного сродства на поверхности 2 получено при активировании поверхности цезием и кислородом. Для нанесенияцезия в вакуумной камере проводилась очистка поверхности посредством ионной (+ ) бомбардировки и отжига при температуре 475в течение 20 мин.Была выбрана следующая методика активирования.
Цезий наносился на поверхность до получения максимума тока фотоэмиссии при освещении поверхности образца светом с длиной волны 0.6 мкм. Для максимального продвиженияспектральной характеристики квантового выхода в длинноволновую областьспектра во время обработки поверхности кислородом длина волны возбуждения фотоэмиссии устанавливалась равной 1.2 мкм. Спектральная зависимостьквантового выхода активированной поверхности 2 : − представленана рисунке 3.6(б). Спада фотоэмиссии во всех этапах измерений не наблюдалось. Частичная десорбция цезия и кислорода при прогреве до 350и повтор-ное активирование приводили к некоторому росту квантового выхода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
