Способ исследования поверхности твердого тела

 

Изобретение относится к физическим методам исследования поверхностей твердых тел, покрытых адсорбированными пленками. Цель изобретения - обеспечение возможности определения частоты колебаний адсорбированных атомов в диапазоне фононного спектра поверхности. Для этого измеряют энергетические распределения ионизированных десорбирующихся под действием электронного облучения с энергией, не меньшей энергии оже - ионизации атомов поверхности, атомов адсорбата при температуре Т<SB POS="POST">0</SB>≤77°К и температуре Т, удовлетворяющей условию Т<SB POS="POST">т2</SB>*98Т*98Т<SB POS="POST">0</SB>, где Т<SB POS="POST">тд</SB> - температура начала термодесорбции. По параметрам распределения для температуры Т<SB POS="POST">0</SB> и аналитическим выражениям строят зависимость смещения максимума распределения от частоты для температуры Т. По распределению для температуры Т определяют величину такого смещения и по построенной зависимости находят частоту колебаний адсорбированных атомов. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 01 N 23/227

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4450811/31-25 (22) 06.07.88 (46) 30. 12.90. Бюл. N - 48 (71) Физико-техниче ск ий институт им. А.Ф. Иоффе (72) В.Н.Агеев, О.II. Бурмистрова и Ю.A.Êóçíåöoâ (53) 543.53 (088.8) (56) Применение электронной спектроскопии для анализа поверхности.

Под ред.Х.Ибаха. Рига.: Зинатне, 1980, с. 281.

Авторское свидетельство СССР

У 1485087, кл. Г 01 N 23/227, 1986. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ

ТВЕРДОГО ТЕЛА (57) Изобретение относится к физическим методам исследования поверхностей твердых тел, покрытых адсорбированными пленками. Цель изобретения— обеспечение возможности определения

Изобретение относится к физическим методам исследования поверхностей твердых тел, покрытых адсорбированными пленками.

Цель изобретения — обеспечение возможности определения частоты колебаний адсорбироьанных атомов в диапазоне фононного спектра поверхности.

На фиг. 1 приведены связанные ди- . аграммы, иллюстрирующие связь характерных точек Ео, Г1, Е энергетического распределения р (Е) ионов десорбированных атомов с зависимостью энергии отталкивания от расстояния х адсорбированного атома от поверхности и видом колебательной функции

„„SU„„1617347 А1

2 частоты колебаний адсорбированных атомов в диапазоне фононного спектра поверхности. ? ля этого измеряют энергетиче ск ие распределения ион изир ованных десорбирующихся под действием электронного облучения с энергией, не мень|чей энергии оже — ионизации атомов поверхности, атомов адсорбата при температуре Т (77 К и температуре Т, удовлетворяющей условию Тт >Т)

) Т, где Т т — температура начала термодесорб 3и. IIc параметрам распределения для температуры Т и аналитическим выражениям строят зависимость смещения максимума распределения от частоты для температуры Т. По распределению для температуры Т оггределяют величину такого смещения и по построенной зависимости находят частоту колебаний адсорбированных атомов. 4 ил.

Мш 4 (х) (, на фиг. 2 — экспериментально измеренное энергетическое распреде- 1 р ление (2(Е)/Т„для температуры Т„

77. K на фиг. 3 — рассчитанная зави— симость смещения положения максимума Е0 энергетического распределения Е 0/Т (Я) от частоты Я колебаний адсорбированного атома при Т = 600 К; .на фиг. 4 — экспериментально измеренное энергетическое распределение (3(E)/Т для Т = 600 К.

Сущность способа заключается в следующем.

При облучении поверхности с нанесенным на нее адсорбатом электронами с энергией, не меньщей энергии оже1617347

Е(х) = А ехр — (х-х„,)Ь, (1)

2О це х — равног,есное расстояние адсорбированного атома от поверхности; !

j<. и Ь вЂ” параметры определяющие из9 менение энергии отталкива- 2 ния aroMa от поверхности с увеличением расстояния от нее; ито r ностью вероятности (Q (х, Т) (колебательной волновой Лункцией1 на:ождения ядсорбированного атома на .ясстоянии х от поверхности в момент ачала десорбции при температуре Т.

В результате этого энергетическое ы спределе ние де сор бированных атомов

f.r!;:e=-т вид }(Е}/T = const (Q (х,Т) ° Е . (2) Плотность вероятности g (х, Т)I

F-perrc" являет собой сумму по различь.; колебательным состояниям i, сте— ,лень заполнения f> (Т) которых при любой фиксированной температуре одно;-начно определяется частотой я ко1 лебяний, т.е.

)(ф(х,T)l = r (у)IQ rx)f (3) (4)

f, {Т) = ехр (-Ъ{О,/RT) /52., где h — постоянная Планка;

8 — постоянная Больцмана;

Q —. статистическая сумма по всем состояниям, Виц колебательной функции каждого

I-го состояния известен„

Охлаждая поверхность до Т, при к.. второй занято только нижнее колеба- .†:льное состояние адсорбированного иэнизации атомов поверхности, наби< дается десорбпия атомов адсорбята поверхности. Десорбция происходит следствие обменного расталкивания

trëåêòpoHíûõ оболочек атомов поверх5

1.:ости и адсорбировянного атома, нейтялизованного оже-электроном в ре1уль т ат е ра спада в як анс ии, о бр аз о анной первичным электроном на внутI .. еннем уровне атома поверхности тверF ruro T JIa, Энергетическое распределение Р (Е) есорбированных атомов адсорбата опеделяется двумя факторами: энергией ! отталкивания атома от поверхности на расстоянии х атома (i = О) т.е. f о > 1 можно определить параметры отталкивающего потенциала А и Ь по и меренным экспериментально характерным To÷êàì энергетического распреде.:ения десорбировянных атомов ядсорбата: Е Е Е

2 соответственно энер гии мак симума и на полувысоте распределения {Е) (см. фиг. 1) .

А = Е.ехр(х Ь + Ь /2, ) (5)

b = g (1nE

Повышение температуры выше Т приводит к заполнению следующих колебательных состояний i ) О„ причем степень их заполнения f однозначна связана с часто- H колебаний Ь3, согла сно (4). Изменение заполнения колебательных состояний 1 ) О неизбежно приводит к смещению максимума колебательной волной функции or х для i = О о на величину Q, х (Я) для i) О, ричем это смещение тем больше, чем ближе друг к другу колебятельные уровни, т,е. чем меньше частота колебаний. В свою очередь, это проявляется в смещении положения максимума Е распрео деления "j (F) десорбировянных атомов

ra BåëH÷èíó

Ье,/т(ы) = е /т(я) — е,/т, (я) (8) при нагреве поверхности до любой фикcHpoBaHHoA eMn»pa pbr T ) T He npe0) вышающей температуру Т д начала термодесорбции адсорбята с поверхности, C использованием выражений (5)-(7) определяют положение максимума Е /Т о распределения ((E) и строят зависимо ст ь смещения Р, Е /Т (Я) для темпе ра о туры Т.

Повторно измеряя энергетическое распределение (Е) /Т ионов десорбированных атомов адсорбата при температуре Т, определяют положение максимума Eo/Т этого распределения, находят величину смещения Е /Т от измеренного ранее положения максимума Ео/То при температуре Т и по построенной зависимости Е /Т(Я) нахо о дят частоту д колебаний ядсорбированных атомов.

Условие нагрева поверхности до температуры Т(Т>А связано с тем, 1617347 что при температуре Т меняется метД ханизм де сор бции, которая происходит не вследствие обменного отталкивания, а в результате ослабления хемосорбционной связи.

Ионизация десорбированных атомов необходима для их регистрации и измерения энергетического рапределения, Пример. Измерения производят в условиях сверхвысокого вакуума (10 Па) для поддержания контролируемых условий на поверхности твер— дого тела, представляющей собой тек стурированную окисленную вольфрамовую ленту размерами 20x1x0, 11 мм с преимущественным выходом на поверхность грани (100) . От посторонних примесей поверхность очищают путем прогрева в вакууме. Лдсорбат литий наносят на поверхность из прямонакальных испарителей путем термического разложения хромата лития, Контактным методом поверхность охлаждают до температуры жидкого азота 77 К, при которой доля заполнения ненулевых колебательных состояний линия Г > 0 не превышает 10 . По—

1 верхность с нанесенной субмонослойной пленкой лития облучают электро.нами с энергией 100 эВ, достаточной для оже-ионизации, 2S уровня атома кислорода на поверхности. Плотность

-б тока не превышает 10 А/см, что ис— ключает воэможность термодесорбции в результате разогрева поверхности.

Поток десорбирующихся частиц с помощью масс-спектрометра сепарируют по массе и заряду. Ионы лития отклоняются в электрическом поле, не попадая во входную щель энергоанализатора, с помоц1ью которого измеря:ст энергетическое распределение десорбированных атомов лития. Поток атомов лития, пройдя входную щель времяпролетного энергоанализатора, попадает на нагретую до 1600 К иридиевую ленту для поверхностной ионизации десорбированных атомов лития, Затем ионизированные атомы лития поступают на вход канального умножителя электронов (ВЭУ-6) с коэфАициентом усиления 10 и далее на внешнюю сисУ тему регистрации, состоящую из пред— усилителя и анализатора (АИ-1024), работающего в режиме счета отдельных импульс ов . 5

После ре г Ic J pBIII«I Р (Е) /Т при Т

=77 К (фиг. 2) определены Fp/Т

=0,206 мэВ, Е1= О, 150 мэВ и F.

=0 26 мэВ.Эт11 данные использованыдля построения зав11симости Д Е /Т(Я) на основе выражений (1) — (7) . При этом

А = 25,4 эВ и Ь = 3,0 А . Зависимость для Т =- 600 К приведена «IB

10 фиг. 3.

Затем поверхность нагревают до

Т = 600 К, удовлетворяющей условию

Т ) Т) Тр и измеряют () (Е)/Т, по котором определяют положение максиму15 ма Е /Т = 0 170 мэВ (Аиг. 4), Величина смещения ЬЕ /Т составляет

0,036 мэВ. По приведенной на Аиг.3 зависимости определили искомую частоту колебаний атомов лития на окисленном вольАраме (в энергетических единицах) Ь.Я = (75 + 2) мэВ ° @ононный спектр окисленного вольАрама заf нимает диапазон 60-85 мэВ, т.е. найденная частота попадает в Аононный спектр поверхности, Погрешность определения частоты колебаний обусловлена погрешностью определения температуры поверхности.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ исследования поверхности твердого тела, заключающийся в нанесении на поверхность адсорбата, облучении исследуемой поверхности электронами с энергией, не меньшей энергии оже-иониэации атомов поверхности, ионизации десорбирующихся атомов адсорбата и измерении параметров образующихся ионов, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения частоты колебаний адсорбированных атомов в диапазоне фон нного спектра поверхности, перед облучением по45 верхность с нанесенным на нее адсорбатом охлаждают до температуры

Т Л 77 К, в качестве параметра об— разующихся ионов десорбирующихся атомов адсорбата измеряют их энергети>< ческое распределение ((Е) /Tp для температуры То, определяют энергии

Е, Г и F соответственно в максимуме и на полугысоте измеренного распределения1 на основе энергий Е „, Е4 и Е рассчитывают энергетическое расйределение ((F)/Т для произвольной температуры Т, не превышающей температуру Т д начала термодесорб ции атомов адсорбата с поверхности„ »

1617347

Юх) 10

05

Е,эВ по этому распределению определяют положение максимума Е /Т(Я) этого о распределения при температуре Т и частоте Я колебаний адсорбированного атома, строят зависимость смещения максимума $ E /Т(Я) распределения P(E)/Ò от частоты G3 для температуры Т, нагревают поверхность с адсорбатом до температуры Т, повторяют операции облучения, ионизации и измерения энергетического распределения десорбирующихся атомов адсорбата, находят положение мак5 симума Ep/Т измеренного распределения, определяют смещение QEо = Ео/Т вЂ” Ео/Т. и искомую частоту находят с помощью построенной зависимости Ео/Т().

1617347 л,в

За),иЭН

0,5

Составитель К.Кононов

Техред М;Дидык

Корректор Н.Король

Редактор О. Спесивых

Заказ 4115 Тираж .495 Подписное

ВНИИПИ Государствейного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101