Диссертация (1104845), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Сплошная линия – расчет без учета отражения от слоязолота, штриховая линия – с учетом подстилающей поверхности, штрих-пунктирная линия –вклад отраженных от слоя золота электронов в итоговый спектр увеличенный в 5 раз. Толщинаслоя кремния: (а) – 0.5 нм, (б) – 1 нм, (в) – 2.5 нм, (г) – 5 нм.
Вклад отраженных электронов при«магическом» угле рассеяния составляет 7%, 4.5%, 1.5% и менее 0.1% соответственно.На 4.29 показано влияние подстилающей поверхности на угловые распределения фотоэлектронов. Вклад отраженных электронов растет с уменьшением толщины поверхностного слоя иростом заряда атомов материала подстилающей поверхности. В области около нормальных угловвылета вклад отраженных электронов может составлять до 100% от исходной интенсивности.Измерение энергетических спектров РФЭС с абсолютным разрешением порядка единиц эВтребует рассмотрения мишени как слоисто-неоднородную с различными законами потерь энергиив приповерхностных слоях и однородном массиве мишени [129].
Рассмотрим однородную мишеньв двухслойной модели. Толщина приповерхностного слоя для характерных энергий РФЭС составляет доли средней длины неупругого пробега lin . На рис. 4.28 представлена двухслойная модельдля произвольного случая, где τb → ∞, τs ≪ 1, что дает возможность в правой части выражения(4.21) ограничиться только первыми тремя слагаемыми:Q12 = Qs + Qb (µLs + Ts ) + Qs Rb (µLs + Ts ) .119При расчете величин Qs , Ls , Ts используется дифференциальное неупругое сечениеxin,s (∆), описывающее закон потери энергии в поверхностном слое и модифицированное альбедо однократного рассеяния λs .Отметим, что представление функции Q12 в виде ряда по кратностям неупругого рассеяния(2.27) не возможно.
Для однородного слоя форма энергетического распределения для каждой кратности определяется только дифференциальным сечением неупругого рассеяния. Это становитсянесправедливо уже для двухслойной системы, форма будет определяться как комбинация вкладов неупругих рассеяний в каждом из слоев, поэтому при расчете многослойных систем нужноиспользовать энерго-угловые распределения видаQ (∆,µ0 ,µ,φ) =∞∑(2 − δm0 ) cos (mφ) Qm (∆,µ0 ,µ) .m=0Рассмотрим влияние подстилающей поверхности на энергетические спектры фотоэлектронов на примере двухслойной системы из золота и кремния.1×10-60.90.80.7Q(E)0.60.50.40.30.20.101240125012601270128012901300131013201330Рисунок 4.30 — Энергетический спектр фотоэлектронов от слоя кремния толщиной 2.5 нм наполубесконечном слое золота. Падение нормальное, полярный угол визирования 20 градусов,излучение на оболочке 2s1/2 кремния. Синяя кривая – расчет с учетом частиц, отраженных отслоя золота, красная кривая – без учета.1203.5×10-6Si32.5Q(E)21.510.5012301240125012601270128012901300131013201330Рисунок 4.31 — Энергетический спектр фотоэлектронов от слоя золота толщиной 1 нм наполубесконечном слое кремния.
Параметры идентичны рис. 4.30. Синяя кривая – расчетдвусхлойной системы, красная кривая – энергетический спектр для побулесконечного слоячистого кремния.Сравнительный анализ рис. 4.30 и рис. 4.31 указывает на обстоятельство, которое не разподчеркивал Тугаардом С. [10, 31], влияние послойного состава исследуемого образца на спектрPES намного более выражено, чем на интенсивность XPS пиков.4.5 Основные результаты и выводы четвертой главы1. Проведено экспериментальное и теоретическое исследования по определению толщинынапыленного слоя золота на подложку из поликристалла кремния методами спектроскопии отраженных электронов и спектроскопии пиков упруго отраженных электронов.
Ванализе использовалась простая теоретическая модель описания спектров, модифицированная для учета упругого канала рассеяния, влияние которого для золота значительно.Определенная толщина напыленного слоя золота равна d = 4.1±0.5 нм. Полученные данные хорошо согласуется с результатами спектроскопии пиков упруго отраженных электронов.2. Построен численный алгоритм высокоточного описания многослойных систем, примененный для решения обратных задач по восстановлению дифференциальных сеченийнеупругого рассеяния из спектров электронной и фотоэлектронной спектроскопии.
Получены дифференциальные сечения неупругого рассеяния из образцов Si, Al, Mg и Nb,показана возможность использования алгоритма для восстановления сечений из спек-121тров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на примере образцов W и Be. Восстановленные сечения были использованы для описания эталонных спектров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии из XPS Handbook, погрешность описания экспериментальных спектров составила 1 ÷ 8%.– Впервые указано на два основных физических эффекта, связанных с процессом упругого рассеяния электронов в задачах с внутренними источниками: 1.
эффект поворота «тела яркости» – смещение начального направления движения «родившегося» на глубине τэлектрона в сторону нормали при движении к поверхности образца; 2. эффект отраженияот подстилающей поверхности, который определяет вклад в спектры рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии электронов, «родившихся» в направлении вглубь мишени,отразившихся и вылетевших из мишени в заданном направлении.1.
Исследованы угловые распределения фотоэлектронов, эмитированных многослойнымисистемами на примере двухслойных систем Au/Si и Si/Au. Показано влияние подложкимногослойных образцов на энергетические спектры фотоэлектронной спектроскопии.122ЗаключениеПроведенные в рамках диссертационной работы исследования позволяют сделать следующие основные выводы:– Представлена модификация решения уравнения переноса в малоугловом приближении,позволившая снизить погрешность метода для описания энергетических спектров отраженных электронов до 10 ÷ 25%.– Создан численный матричный метод решения уравнения переноса электронов путем разложения по кратностям неупругого рассеяния и приведения к системе дифференциальныхматричных уравнений типа Риккати, Ляпунова и Сильвестра. Метод позволяет асимптотически точно рассчитывать энергетические и угловые распределения рассеянных частицдля слоев конечной толщины.– Разработан метод определения послойных профилей многослойных систем, который былэкспериментально проверен для ситуаций, когда средняя длина неупругого пробега итранспортная длина примерно равны (lin ≈ ltr ), характерная для энергий порядка единиц кэВ.
Представленный метод позволяет определять толщины слоев с точностью до10 ÷ 15% от средней длины неупругого пробега электрона в исследуемом веществе.– Построен численный алгоритм высокоточного расчета многослойных систем, которыйприменен для решения обратных задач по восстановлению дифференциальных сеченийнеупругого рассеяния из спектров электронной и фотоэлектронной спектроскопии. Получены сечения для образцов кремния, алюминия, магния и ниобия.
Показана возможностьиспользования алгоритма для восстановления сечений из спектров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на примере образцов вольфрама и бериллия. Погрешностьописания экспериментальных спектров с использованием восстановленных сечений составила 1 ÷ 8%.– Впервые указано на два основных физических эффекта, связанных с процессом упругого рассеяния электронов в задачах с внутренними источниками: 1. эффект поворота «тела яркости» – смещение начального направления движения «родившегося» на глубине τэлектрона в сторону нормали при движении к поверхности образца; 2. эффект отраженияот подстилающей поверхности, который определяет вклад в спектры рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии электронов, «родившихся» в направлении вглубь мишени,отразившихся и вылетевших из мишени в заданном направлении.123124Список основных публикаций по теме диссертации1.
Афанасьев В.П., Капля П.С. Последовательный расчет потерь энергии электронов придвижении в твердом теле // Вестник МЭИ. — 2011. — Т. 4. — С. 90-96.2. Афанасьев В.П., Ефременко Д.С., Иванов Д.А., Капля П.С. и д.р. Фотоэлектронная эмиссия для слоев конечной толщины // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2013. — Т. 2013, № 4. — С. 93-98.3. Афанасьев В.П., Иванов Д.А., Капля П.С., Лубенченко А.В. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. Точное решение задачи с внутренними источниками // Поверхность.Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования.
— 2013. – Т. 2013, № 8. —С. 57-62.4. Афанасьев В.П., Капля П.С., Костановский И.А. Определение толщины слоя золота накремнии на основе спектроскопии отраженных электронов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. — 2013. – Т. 2013, № 2.
— С. 30-36.5. Afanas’ev V.P., Golovina O.Yu., . Gryazev A.S, Kaplya P.S. Differential Inverse Inelastic MeanFree Pass (DIIMFP) and Differential Surface Excitation Probability (DSEP) Extraction fromElectron Energy Loss Spectra (EELS) // 2014 Tenth International Vacuum Electron SourcesConference (IVESC). — 2014. — no. 2. — Pp. 1-2.6.
Afanas’ev V.P., Kaplya P.S., Lubenchenko A.V., Lubenchenko O.I. Modern methods of transfertheory used for solution of signal identification problems of XPS // Vacuum. — 2014. — Vol.105. — Pp. 96-101.7. Афанасьев В.П., Ефременко Д.С., Иванов Д.А., Капля П.С. и д.р. Влияние процессовмногократного упругого рассеяния на угловые распределения рентгеновских фотоэлектронов // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. —2014. — Т. 2014, № 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
