Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
СТМ и АСН будут существенно зависеть от конфигурации краевых атомов на
конце острия, от его химического состава и состава анализируемого
участка. Японские исследователи предполагают дополнить СТМ полевым ионным
микроскопом, который вводил бы в компьютерный расчет данные о
конфигурации краевых атомов на острие. Свойства острия и площадки будут
существенно зависеть от присутстия на них адсорбированных ионов, атомов и
молекул. Заметим, что огромное число работ по наноскопии выполнено на
воздухе и в растворах. Во влажных средах в зазоре толщиной 0,1-0,3 нм
между острием и образцом возможно образование кластеров воды. Возникающие
при этом "капиллярные" силы будут увеличивать силы притяжения -
рис.4.4,в, изменять силовые константы и туннельный ток. Кроме того,
кластеры воды будут способствовать диффузии к зазору примесных ионов,
локальные кулоновские поля которых изменят все параметры взаимодействия.
Уже первые эксперименты по СТМ на диэлектриках показали, что ионы могут
кардинально изменить результаты. Поэтому СТМ стал применяться только для
проводящих и очень чистых (к сожалению, только в макроскопическом
понимании) поверхностей. В значительной мере перечисленные недостатки
устраняются в сверхвысоковакуумном (лучше 10~8 Па) наноскопе, позволяющем
проводить измерения при высоких температурах (до 1600 К).
3. В сильных и неоднородных электрических полях системы острие-образец
необходимо учитывать поляризацию (а иногда и ионизацию) адсорбированных
атомов, возникновение резонансных локализованных состояний и изменения
энергетического спектра обеих компонент барьера. Все эти факторы
оказывают существенное влияние на изображение СТМ и его корректировка
требует модельных предположений (Панов, Снегирев).
Наноскопия, безусловно, совершила переворот в технике создания
интегральных систем твердотельной электроники, но для широкого ее
использования в физике поверхности, необходим поиск новых путей
"наноанализа". Весьма перспективной, в частности, представляется
предложенная недавно (Ковалевский, 1997) принципиально новая методика,
основанная на исследовании в туннельном микроскопе колебательных мод
адсорбированных молекул - метод колебательной туннельной микроскопии (см.
[Р20,21]).
128
Глава 4
4.2.2. Рассеяние ионов на поверхности. Эти методы исследования
морфологии и структуры поверхности почерпнуты из ядерной физики и
основываются на двух известных физических явлениях: ре-зерфордовском
обратном рассеянии (POP) заряженных частиц на куло-новском потенциале
атомных ядер и их каналировании.
Согласно формуле Резерфорда, дифференциальное сечение рассеяния da/dQ,
определяемое отношением числа рассеянных частиц в единицу времени в
единичный телесный угол dQ к числу падающих частиц
2
da
dQ.
Z, -Z, q(M + M )
2 M M v
l r
Рис.4.8. а. Траектории заряженных частиц в кристалле при падении на грань
кристалла под углом 0 < 0д (кривая 1) и при 0 > 0Л (2); б. Энергетический
спектр рассеянных частиц при малоугловом рассеянии на бездефектном
кристалле (1), в кристалле, у которого на некоторой глубине располагается
слой со значительным количеством дефектов (2) и в отсутствии
каналирования (3). Е[ 2 - энергии частиц, рассеянных на передней и задней
границах дефектного слоя
1
(4.4)
sin (0 / 2)
где Zj, Mj и Zn Mr - атомные номера и массы падающих и рассеивающих
частиц соответственно, v - их относительная скорость и 0 - угол
рассеяния. Энергетические и угловые зависимости выхода рассеянных ионов
несут ценную информацию о стехиометрии поверхностной фазы, ее
разупорядочен-ности и дефектности. Для анализа обычно используются ионы
четких элементов: Не+, D+, 3Не+ и 4Не+. Если начальная энергия ионов
лежит в области = 1-20 кэВ, то рассеяние происходит в очень тонком
приповерхностном слое. Глубина анализируемого слоя определяется тормозной
способностью твердого тела, зависящей от материала образца, энергии
падающих ионов ?) и их массы Mj
Дополнительную информацию о дефектности поверхности дают исследования
рассеяния высо-коэнергетичных ионов с Е, = 0,5-2,0 МэВ. При этих энергиях
значительная часть ионов проникает глубоко в образец, поскольку их длина
волны де Бройля много
Экспериментальные исследования структуры и свойств поверхности.
129
меньше межатомных расстояний /. Если угол между направлением импульса
падающей частицы и осью данной цепочки атомов в > Qjj (0^7 - так
называемый угол Линдхарда, равный приблизительно 1°), то частицы упруго
рассеиваются. При 0 < Qjj частицы начинают двигаться по каналам между
параллельными цепочками атомов - кана-лировать - рис.4.8,а. Выход
каналировавших частиц существенно ниже, чем отраженных - рис.4.8,6.
Точечные дефекты приводят к появлению экстремума на кривой
энергетического распределения выхода каналировавших ионов, из параметров
которого можно оценить концентрацию дефектов и глубину их залегания в
поверхностном слое, положения переднего и заднего фронтов нарушенной
области.
