Способ исследования поверхности твердого тела — SU 1617347 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 51)5 С 01 М 23/227 АНИЕ ЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМУ 2 сится квания по зобретение от методам иссле зиче на еренн Р(Е)/ на Аиэкспериметическое рмпературыссчитанная тальспр едерхно о би ение для 77. К 9симост ра зави ен сме положения макси ма Е 0 Е 0/Т адсорб .на фиг ренное(Э(Е) / Сущностьдующем,При облуч х поверхности арбатом эл нищей энер с нане сенники на нее чд с энергией, не м ектронамигии ожеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Физико-техниче ск ий институт им. А, Ф. Иодхе(56) Применение электронной спектроскопии для анализа поверхности. Под ред.Х,Ибаха. Рига.: Зинатне, 1980, с. 281.Авторское свидетельство СССР У 1485087, кл. Г 01 И 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 теи твердых тел, покрытых адс р рованными пленками.Цель изобретения - обеспечение возможности определения частоты колебаний адсорбироьанных атомов в диапазоне фононного спектра поверхности,На Лиг. 1 приведены связанные диаграммы, иллюстрирующие связь характерных точек Ео, Г 1, Е энергетического распределения 0(Е) ионов десорбированных атомов с зависимостью энергии отталкивания от расстояния адсорбированного атома от поверх- ости и видом колебательной Ьункции,ЯО 1617347 2частоты колебаний адсорбированныхатомов в диапазоне Фононного спектр поверхности. Для этого измеряют энергетические распределения ионизированных десорбирующихся под действием электронного облучения с энергией, не меньщей энергии оже - ионизации атомов поверхности, атомов адсорбата при температуре Т ( 77 К и температуре Т, удовлетворяющей условию Тт Т) ) Т, где Тт - температура начала термодесорб 3 и. По параметрам распределения для температуры Т и аналитическим выражениям строят зависимость смещения максимума распределения от частоты для температуры Т. По распределению для температуры Т опФ ределяют величину такого смещения и по построенной зависимости находят частоту колебаний адсорбированных С: атомов. 4 ил. энергетического распределени(Я) от частоты Я колебанийированного атома прн Т = 6004 - экспериментально измеэнергетическое распределенидля Т = 600 К,способа заключается в(4)50 иэнизации атомов поверхности, наби"дается десорбция атомов адсорбатаповерхности. Десорбция происходит Вследствие обменного расталкивания5 электронных оболочек атомов поверх 1.ости и адсорбированного атома, нейтализованного оже-электроном в ре)зультате распада вакансии, образоанной первичным электроном на внут .1)еннем уровне атома поверхности твер-ы о тела,Энергетическое распределение )(Е)есорбированных атомов адсорбата опеделяется двумя факторами: энергиейотталкивания атома от поверхности на расстоянии х Е (х) = А ехр - (х-х ,) Ь, (1)20 це х - равновесное расстояние адсорбированного атома от поверхности;)й. и Ь - параметры определяющие из 9менение энергии отталкивания атома от поверхности сувеличением расстояния отнее,итотностью вероятности (1)(х Т)1:ождения адсорбированного атома нарасстоянии х от поверхности в моментачала десорЬции при температуре Т.В результате этого энергетическоеаспределение десорбированных атомовю,еет вид 3(Е)/Т = сопя (х,Т)Е . (2) Плотность вероятности( (х, Т)1 представляет собой сумму по различь.;) колебательным состояниям , сте - ,)ень заполнения Й (Т) которых при любой фиксированной температуре однозначно определяется частотой я колебаний, т.е,Г, (Т) = ехр(-ЪЯ,/ВТ) Ы,где Ф) - постоянная Планка;В - постоянная Больцмана;Я - статистическая сумма по всем состояниям,Виц колебательной функции каждого1-го состояния известенОхлаждая поверхность цо То, прик второй занято только нижнее колеба-.в .льное состояние адсорбированного атома ( = О), т.е. 1 о1, )ожно определить параметры отталкивающего потенциала А и Ь по имеренным экспериментально характерным точкам энергетического распреде.:ения десорбированных атомов адсорбата: Ео, Е,соответственно энергии максимума и наполувысоте распределения (Е) (см.фиг. 1). А = Е ехр(х,Ь + Ь/2 М,)(5) Ь = ф (1 пЕа/Е о 1 пЕ/Ео ) /1 пЕ Е 2(6)ф, =-ЛОАН/Ь, (7) где а - масса десорбированного атом,Повью)ение температуры вьш)е Т приводит к заполнению следующих колебательных состояний ). ) О причем степень их заполнения Г, однозначна связана с частотой колебаний Ь), согла сно (4). Изменение заполнения колебательных состояний 1О неизбежно приводит к смещению максимума колебательной волной функции ог х для ). = Оо на величинух (Я) для 1) О, ричем это смещение тем больше, чем ближе друг к другу колебательные уровни, т,е. чем меньше частота колебаний, В свою очередь, это проявляется в смещении положения максимума Е распрео деления(Е) десорбированных атомов па величину ВЕ /Т(Ю) = Е /т(Я) - Е /Т (Я) (8) при нагреве поверхности до люЬой фиксированной температуры Т ) Т не прео)вышающей температуру Т д начала термодесорбции адсорбата с поверхности,С использованием выражений (5)-(7)определяют положение максимума Е /Тораспределения ) (Е) и строят зависимость смещения ЬЕ /Т(Я) для темпераотуры Т.Повторно измеряя энергетическоераспределение (Е)/Т ионов десорбированных атомов адсорбата при температуре Т, определяют положение максимума Ец/Т этого распределения, находят величину смещения Е /Т отоизмеренного ранее положения максимума Ео/То при температуре Т и по построенной зависимости Е /Т(Ц) нахоодят частоту я колебаний адсорбированных атомов,Условие нагрева поверхности дотемпературы Т( Т.д связано с тем, 1617347что при температуре Т меняется ме -тДханизм десорбции, которая происходит не вследствие обменного отталкивания, а в результате ослабления хемосорбционной связи.Ионизация десорбированных атомов необходима для их регистрации и измерения энергетического рапределения,П р и м е р. Измерения производятв условиях сверхвысокого вакуума(10 Па) для поддержания контролируемых условий на поверхности твердого тела, представляющей собой текстурированную окисленную вольфрамовую ленту размерами 20 х 1 х 0,01 ммс преимущественным выходом на поверхность грани (100). От посторонних примесей поверхность очищаютпутем прогрева в вакууме, Адсорбатлитий наносят на поверхность из прямонакальных испарителей путем термического разложения хромата лития,Контактным методом поверхность охлаждают до температуры жидкого азота 77 К, при которой доля заполненияненулевых колебательных состоянийлиния Г0 не превышает 10 . Поверхность с нанесенной субмонослойной пленкой лития облучают электро.нами с энергией 100 эВ, достаточнойдля оже-ионизации, 2 Б-уровня атомакислорода на поверхности. Плотность-бтока не превышает 10 А/см, что ис -ключает воэможность термодесорбциив результате разогрева поверхности. Поток десорбирую 111 ихся частиц с помощью масс-спектрометра сепарируют помассе и заряду, Ионы лития отклоняются в электрическом поле, не попадая во входную щель энергоанализатора, с помоц 1 ью которого измеря:ст энергетическое распределение десорбированных атомов лития. Поток атомовлития, пройдя входную щель времяпролетного энергоанализатора, попадает на нагретую до 1600 К иридиенуюленту для поверхностной ионизациидесорбированных атомов лития, Затемионизированные атомы лития поступают на вход канального умножителяэлектронов (ВЭУ) с коэФАициентомусиления 10 и далее на внешнюю сисУтему регистрации, состоящую из пред -усилителя и анализатора (АИ),работающего в режиме счета отдельныхимпульсов,После регистрации Р(Е)/Т при Т=0 26 мэВ,Эти данные использонаныдляпостроения зант симости Д Е /Т (Я) наоснове выражений (1) - (7). При этомА = 25,4 эВ и Ь = 3,0 А . Зависимость для Т =- 600 К приведена на 10 фиг. 3.Затем поверхность нагревают доТ = 600 К, Удовлетворяющей условиюТтД ) Т) То и измеряют 1 (Е)/Т, по которому определяют положение максиму ма Е/Т = 0,170 мэВ (Аиг. 4). Величина смещения 6 Е /Т составляет0,036 мэВ. По приведенной на Аиг.3зависимости определили искомую частоту колебаний атомов лития на окис ленном нольАраме (в энергетическихединицах) 11 Я = (75 + 2) мэВ, Ьононный спектр окисленного вольАрама занимает диапазон 60-85 мэВ, т.е. найденная частота попадает в Аононный 25 спектр поверхности, Погрешность определения частоты колебаний обусловлена погрешностью определения температуры поверхности.Формула и з о б р е т е н и я 30Способ исследования поверхноститвердого тела, заключающийся н нанесении на поверхность адсорбата,облучении исследуемой поверхностиэлектронами с энергией, не меньшейэнергии оже-ионизации атомов поверхности, ионизации десорбирующихся атомов адсорбата и измерении параметрон образующихся ионов, о т л и ч а - 40 ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности определениячастоты колебаний адсорбированныхатомов в диапазоне Аон.нного спектра поверхности, перед облучением по нерхность с нанесенным на нее адсорбатом охлаждают до температурыТ Л 77 К, в качестве параметра образующихся ионон десорбирующихся атомов адсорбата измеряют их энергети ческое распределение )(Е)/ТО длятемпературы Т , определяют энергииЕ , Г и Е соответственно н максимуме и на полугысоте измеренного распределения на основе энергий Е , Еи Е рассчитывают энергетическоерасйределение (Г)/Т для произвольной температуры Т, не превышающейтемпературу Т Д начала термодесорб ции атомов адсорбата с поверхностипо этому распределению определяют положение максимума Е /Т(И) этогоораспределения при температуре Т и частоте Я колебаний адсорбированного атома, строят зависимость смещения максимумаЕ/Т) распределения (Е)/Т от частоты Я для температуры Т, нагревают поверхность с адсорбатом до температуры Т, повторяют операции облучения, ионизациии измерения энергетического распределения десорбирующихся атомовадсорбата, находят положение максимума Ео/Т измеренного распределения, определяют смещение ЕО = Ео/Т- Ео/Т и искомую частоту находятс помощью построенной зависимости1617347 О, Спесивых Реда тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гага Производстве з 4115 НИИПИ Государствейного 113035, Составитель К,Кононов Техред М;Дидык Корректор П.Король Тираж .495 Подписноемитета по изобретениям и открытиям присква, Ж, Раушская наб., д, 4/5