Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
аморфных фаз, в которых отсутствует дальняя трансляционная инвариантность
в расположении атомов. Такие системы определяются ближним порядком
расположения атомов внутри ближайших координационных сфер, окружающих
атом. В этом случае, по мере разупорядочения вещества, дифракционные
максимумы начинают размываться и в полностью аморфном веществе сливаются
в так на-
Рис.4.11
г,А
Радиальные функ-
ции распределения атомов зываемое галло от диффузно рассеянных Si в
тонких Г1;,енках аморф_
частиц (вспомните концентрические круги ного гидрогенизированного
вокруг солнца или луны в морозную пого- кремния (o-Si:H) толщиной
ду). Качественные сведения о строении 0.5 мкм на кристаллическом
таких систем можно получить из анализа кремнии (1) и вольфраме
спектральной плотности внутри галло с ^ )_ Рассчитаны из спектров ' " ,
диффузного рассеяния в
помощью радиальной функции распреде- режиме "отражения" [13] ления g(r),
характеризующей вероятность нахождения двух атомов на расстоянии г
друг от друга. Среднее число атомов dN в сферическом слое толщиной dr
радиуса г, окружающем данный фиксированный атом определяется соотношением
dN = 4п г2 g(r) р dr, (4.10)
136
Глава 4
где р - средняя плотность. Пример результатов расчета такой функции
распределения приведен на рис. 4.11. Из рис. 4.11 видно, что подложка
оказывает существенное влияние на структуру нанесенной на нее тонкой
пленки.
Для качественной оценки структуры двумерных аморфных фаз с успехом
применяется уже упомянутая методика малоуглового рассеяния рентгеновских
лучей, а также анализ протяженной тонкой структуры рентгеновского
поглощения (обычно рассматриваются переходы с уровней внутренних К и L
оболочек атомов) - метод ПТСРП. Для реализации последнего необходимо
мощное монохроматическое синхротронное излучение. Применяя Фурье-анализ,
удается определить межьядерные расстояния d в неупорядоченных слоях
межфаз-ных границ, а при применении поляризованного излучения - также и
искажения валентных углов.
4.4. Химический состав и дефекты поверхности
4.4.1. Рентгеновская фотоэмиссия. Наиболее полная информация об
элементном составе поверхностной фазы может быть получена из диагностики
внутренних электронных оболочек атомов, характеризующих индивидуальные
свойства элемента. Для возбуждения внутренних электронов атомов
необходимо использовать либо рентгеновское излучение, либо быстрые
электроны.
Эмиссия рентгеновских квантов с внутренних оболочек была обнаружена еще в
20-х годах нашего столетия. Чтобы использовать это явление для
спектрального анализа поверхностных фаз, группой шведских физиков под
руководством Зигбана и, независимо, российскими исследователями группы
Вилесова были разработаны совершенные источники мощного
монохроматического рентгеновского излучения и чувствительные
электростатические детекторы фотоэлектронов. В начале 70-х годов начался
выпуск серийных рентгеновских фотоэлектронных спектрометров (РФЭС) или,
как их часто называют химики, электронных спектрометров для химического
анализа (ЭСХА).
В качестве источников рентгеновского излучения обычно используют трубки с
алюминиевым или магниевым анодами: линии Ка (А1 и Mg) с энергией ?} =
1486,6 эВ и 1253 эВ, соответственно. Падающие на образец фотоны вызывают
переходы связанных на внутренних К, L, М оболочках электронов в зону
проводимости полупроводника (переход 1 на рис.4.12,а), выше уровня Ферми
металла или фотоэмиссию электронов в вакуум (переход 2 на рис.4.12,а).
Этим переходам соответствуют характеристические спектры поглощения
(рентгеновская абсорбционная спектроскопия). В РФЭС исследуются переходы
второго типа - измеряется распределение эмит-тированных фотоэлектронов по
кинетическим энергиям Екин.
Экспериментальные исследования структуры и свойств поверхности.
137
Согласно уравнению Эйнштейна, глубина энергетических уровней Е, на
рис.4.12
Е =hvn-E -еДф' (4.11)
г 0 кин ТГ' ' '
где Дф'7- - разность потенциалов поверхности образца и детектора
спектрометра. В случае металлов установить баланс между этими
потенциалами просто. В случае полупроводников и диэлектриков, поверхность
которых заряжается в результате эмиссии, имеет место дополнительный изгиб
энергетических зон на поверхности. Для снятия этого заряда на поверхность
иногда наносят слой золота или облучают поверхность электронами,
компенсирующими этот заряд. Оба эти приема искажают свойства поверхности.
Поэтому обычно предпочитают калибровать спектр фотоэлектронов по какой-
либо стандартной линии, обычно линии углерода (Is), всегда входящего в
состав поверхностных загрязнений.
В формировании спектра фотоэлектронов участвуют электроны как из
приповерхностных слоев вещества, так и Рис 412 Электронные переходы при
возбуждении фо-_ тоэлектрона (а) и при оже-процессе (о). Римские циф-
из ооъема, потеряв- ры в индексах соответствуют различным значениям шие
энергию в резуль- момента количества движения тате многократных неупругих
