Способ определения средней длины свободного пробега электронов в веществе

 

Изобретение относится к методам исследования поверхности твердых тел с помощью электронных пучков и может быть использовано для проведения количественных измерений элементного состава поверхности методами ожеспектроскопии , рентгеновского микроанализа , фотоэлектронной спектроскопии. Целью изобретения является обеспечение возможности одновременного определения средних длин свободного пробега электронов относительно различных процессов взаимодействия электронов с веществом. Последовательно облучают монокристаллическую подложку и ту же подложку с нанесенной пленкой исследуемого вещества пучком моноэнергетических электронов, энергия которых соответствует порогу возбуждения мягкого рентгеновского излучения в подложке. Регистрируют рентгеновское излучение, возбуждаемое в подложке, от.чистой подложки и подложки с нанесенной на нее пленкой при различной взаимной ориентации . пучка первичных электронов и кристаллической решетки подложки, и, сравнивая Полученные угловые зависимости, по изменению интенсивности и сглаживанию тонкой структуры определяют средние длины свободного пробега электронов, в исследуемой пленке до неупругого взаимодействия, до потери когерентности и до упругого рассеяния на угол, превышающий угол Брэгга. 1 ил. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (!9) (1!) (1! 4 (; 01 Н 23/203

1 1 1Ъ i

ЬИЬДЫТЙКА

-. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3808468/24-25 (22) 06.!1.84 (46) 23.06.86. Бюл.М 23 .(71) Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник и Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. M.È.Êàëèíèíà (72) Б.Э.Блехер, И.А.Брытов и

В.В.Кораблев (53) 543.422.8(088.8) (56) Seach М.P, et al, "Quantitative

electron spectroscopy of surface: а standart data base for electron

inelastic free parths in solid "Surface and Interface analysis, 1979, v I 1(1, р.2-11, Ершова Т.П. и др. Определение глубины выхода когерентно-упругоотраженных.электронов с энергиями 1

1000 эВ/Физика твердого тела, 1982, т.24, Р .4, с.1258-1260. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ. ДЛИНЫ

СВОБОДНОГО ПРОБЕГА ЭЛЕКТРОНОВ В ВЕЩЕСТВЕ (57) Изобретение относится к методам исследования поверхности твердых тел с помощью электронных пучков и может быть использовано для проведения количественных измерений элементного состава поверхности методами ожеспектроскопии, рентгеновского микро- . анализа, фотоэлектронной спектроскопии. Целью изобретения является обеспечение возможности одновременного определения средних длин свободного пробега электронов относительно различных процессов взаимодействия электронов с веществом. Последовательно облучают монокристаллическую подложку и ту же подложку с нанесенной пленкой исследуемого вещества пучком моноэнергетических электронов, энергия которых соответствует порогу возбуждения мягкого рентгеновского излучения в подложке. Регистрируют рентгеновское излучение, возбуждаемое в подложке, от.чистой подложки и подложки с нанесенной на нее пленкой при различной взаимной ориентации пучка первичных электронов и кристаллической решетки подложки, и, сравнивая полученные угловые зависимости, по изменению интенсивности и сглажи-. ванию тонкой структуры определяют средние длины свободного пробега электронов. в исследуемой пленке до неупругого-взаимодействия, до потери когерентности и до упругого рассеяния на угол, превышающий угол Брэгга.

1 ил.

1239570 2

Изобретение относится к методам исследования поверхности твердых тел с помощью электронных пучков и может быть использовано для проведения количественных измерений элемент ного состава поверхности методами электронной оже-спектроскопии, рентгеновского микроанализа, фотоэлектронной спектроскопии.

Целью изобретения является обес- 10 печение BosMORHocTH одновременного определения средних длин свободного пробега электронов относительно различных процессов взаимодействия электронов с веществом. 15

На чертеже*лредставлены угловые .зависимости интенсивности спектров потенциалов возбуждения мягкого рентгеновского излучения (я)) ванадия для чистого монокристалла ванадия 20 (110) — кривая 1, для монокристалла ванадия (110) после нанесения на него пленки бария толщиной 6 А кривая 2.

Сравнивая полученные угловые заBHcHMoc è интенсивности спектров

ПВМРИ, определяют значения средних длин свободного пробега первичных электронов относительно различных

:процессов взаимодействия электронов с барием. Поскольку энергия электронов первичного пучка соответствует порогу возбуждения L -уровня вана3 дия, то неупругие взаимодействия пер.вичных электронов с веществом пленки приводят к уменьшению среднего значения интенсивности на и ср угловых зависимостях спектров ПВМРИ, а отношение g/у, характеризует часть тока первичных электронов, прошедших пленку не испытав неупругих взаимо40 действий., и — средние значения интенсивности на угловых зависимостях спектров ПВМРИ, полученных от чистого монокристалла и.моно-. кристалла с нанесенной на него плен45 кой соотв етств енно . Под средним значением интенсивности угловых зависимостей спектров ПВМРИ понимают зна.чение интенсивности ПВМРИ, соответствующее подложке, не имеющей упорядоченной структуры. Среднее значение интенсивности на угловых зависимостях I спектров потенциалов возбуждения мягкого рентгеновского излучения . можно определить экспериментально, либо подвергая аморфизации монокристаллическую подложку, либо нанося на монокристаллическую подложку неупорядоченную пленку того же.вещества, Hp и м е р. Определяют средние длины свободного пробега электронов в барии с помощью методики получения спектров потенциалов возбуждения мягкого рентгеновского излучения (ПВМРИ). В качестве монокристаллической подложки используют монокристалл ванадия (110), а процессы взаимодействия электронов с веществом изучают в пленке бария, наносившейся на монокристалл ванадия (110) путем термического испарения из специального источника. Для бария определяют среднюю длину свободного пробега электронов до потери когерентности, до неупругого взаимодействия и до упругого рассеяния, на угол, превышающий угол Брэгга. Источником электронов служит электронная пушка, в качестве. которой используют электро.статический видикон ЛИ-428 с увели"ченным диаметром отверстия в первом ,аноде, что .позволяет получать ток электронов первичного пучка до

100 MKA при энергии электронов первичного пучка 500 эВ и апертуре пуч ка первичных электронов не превышающей 1,5, В качестве детектора о рентгеновского излучения используется вторичный электронный умножитель типа ВЗУ-6 или ВЭУ-4, перед которым устанавливается фотокатод из хлористого калия и алюминиевый фильтр рентгеновского излучения. Изменение взаимной ориентации пучка первичных электронов и кристаллической решетки подложки осуществляется путем вращения образца вокруг оси, перпендикулярной его рабочей поверхности, т.е. за счет изменения азимутального угла падения первичных электронов на образец. Для определения средних длин свободного пробега электронов в барии монокристалл ванадия (110), а затем монокристалл ванадия (110) с нанесенной на него пленкой бария, определенной толщины, облучают пучком первичных электронов с энергией

51.5,1 эВ, что соответствует пороговому возбуждению L > — уровня ванадия, и регистрируют угловые зависимости интенсивности спектров потенциапов возбуждения мягкого рентгеновского излучения. Измерения проводят при токе электронов первичного пучка

40 мкА.!

239570

d ИЕ О

Ч "Р Урсы

ОсР где d — - толщина пленки, а случае Ф неЧОГ = 18 А.

В нашем

Участие электронов первичного пучка при прохождении пленки в упругом рассеянии на угол, превьппающий угол Брэгга, и в неупругих взаимодействиях приводит к потере первичными электронами когерентности, что в свою очередь вызнает уменьшение значения амплитуды тонкой структуры, на угловых зависимос- . тях интенсивности спектров IIBMPH, а, О макс It май отношение -- — - — — — — характеризу омакс-1О мин

Ет часть тока первичных электронов, прошедших пленку, не испытав ни неупругих взаимодействий, ни упругого рассеяния на угол, превышающий угол

Брэгга. Значения . о макс О макс соответствуют максимальному значению интенсивности на угловых зависимостях

ПВМРИ, полученных для монокрнсталла до и после нанесения пленки исследуемого вещества соответственно. Значени" I| о мин gмин соответству зйачению интенсивности на угловых зависимостях спектров ПВМРИ, полученных для монокристалла до и после нанесения пленки исследуемого вещества соответственно в минимуме, ближайшем к упомянутому вьппе максимуму.

Значение средней длины свободного. пробега электронов до потери коге30

40

50 что и вещество подложки, до тех пор, пока измеряемая интенсивность спектра потенциала возбуждения мягкого рентгеновского. излучения не перестанет зависеть от угла падения первичных электронов на образец. Это значение и будет соответствовать интенсивности спектров потенциалов возбуждения мягкого рентгеновского излучения от подложки, не имеющей упорядоченной 10 структуры.

На чертеже на оси ординат отмечены значения, соответствующие среднему значениюинтенсивности длякривой 1 и кривой 2 соответственно. Значение средней длины свободнбго пробега электронов до неупругого взаимодействия 9 не лр опред "яется по уменьшению значения интенсивности на угловых зависимостях по формуле

20 рентности 9 „О„,Р определяется по сглаживанию тонкой структуры на угловых зависимостях интенсивности спектров ПВМРИ по формуле .

d косе — а

1О макс Ц ОМОН и

О МОКС- О М.ИН

О

В нашем случае h „„еР = Э А.

Упругое рассеяние электронов первичного пучка в пленке на угол, превышающий угол Брэгга, приводит к макс мин уменьшению величины

УР

ПО СраВНЕНИЮ С ВЕЛИЧИНОЙ ОМакс (МОКС МИН «УО СР а их отношение

1сР(макс 3 Омин) характеризует часть тока первичных электронов, прошедших пленку не испытав упругого рассеяния на угол, превышающий угол Брэгга. Значение средней длины свободного пробега электронов до. упругого рассеяния на

Угол, пРевьппающий Угол БРэгга, Я Чп аналогично определяется из соотношения О

1"Р (Омакс-Уо Мин) О Ср

ОП

ВОСР(МОКС МИН )

В нашем случае Я Чр = 3 а °

Таким образом, Дтя бария определены средние длины свободного пробега электронов с энергией 5l5 I эВ до о неупругого взаимодействия (!8 А), до упругого рассеяния на угол, превышающий угол Брэгга (31), до потери когерентности (ЗА).

Формула изобретения

Способ определения средней длины свободного пробега электронов в веществе, включающий последовательное облучение монокристаллической подломки и подложки с нанесенной на нее пленкой исследуемого вещества моноэнергетическим пучком первичных электронов, регистрацию интенсивности вторичного излучения от чистой подложки и от подложки с пленкой,в зависимости от взаимной ориентации пучка первичного. излучения и кристаллической решетки подложки и определение средней длины свободного пробега электронов путем сравнения

S 1239570 Ь получаемых угловых зависимостей, о т- монокристаллической подло1кки, регил и ч а ю шийся тем, что с целью стрируют интенсивность рентгеновскоодновременного определения средних ro излучения, возбуждаемого в монодлин свободного пробега электронов кристаллической подложке, и о средотносительно различных процессов 5 них длинах свободного пробега судят взаимодействия электронов с вещест- по изменению средней интенсивности вом, энергию облучающих электронов и сглаживанию тонкой структуры выбирают равной порогу. возбуждения на полученных угловых зависимос.мягкого рентгеновского излучения тях, яс

g, град

Составитель Т. Владимирова

Редактор В.Иванова Техред Л.Олейник Корректор Е. Рошко

Заказ 3388/42 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4