Реферат
по дисциплине
«Методы исследования материалов и структур»
Тема «Обзор вакуумного спектрометра»

Москва 2015

За основу реферата взят видеоматериал, в котором обозревался спектрометр «ESCALAB MK II».

Чтобы внести образец в спектрометр, используют ряд шлюзовых камер. Сначала образец помещается в шлюзовую камеру «быстрого ввода образца», где откачивают воздух до уровня Потом переносят образец в камеру подготовки и откачивают воздух до .(для этого открывают камеру внутри прибора ,перенос осуществляется 3х

координатным манипулятором, после переноса камеру закрывают).

 

Далее открываем следующий шлюз и перемещаем образец в камеру –анализатор и располагаем его на 3х-координатном манипуляторе, который может вращаться в двух плоскостях и подводим образец к тому или иному

методу анализа. На данном приборе реализовано 3 метода анализа:

1.Метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (основан на уравнении Эйнштейна для фотоэффекта E=). Позволяет получать информацию о составе поверхности, количественное соотношение элементов на поверхности и химический сдвиг в фотоэлектронной спектроскопии.

Линии металла сдвигаются засчет того, что с внешних оболочек металла зарядовая плотность переносится на внешние оболочки атомов неметалла.

По этим данным мы можем судить в каком валентном состоянии находятся атомы металла с атомами неметалла.

2.Метод рентгеновской и фотоэлектронной дифракции. Для реализации этого метода мы вращаем образец в плоскости азимутального и полярного угла с шагом  и после каждого шага записываем спектр. Таким образом мы получаем плотность электронных состояний эмитирующих электронов во всем 2π-пространстве на поверхности.

Исходя из теоритических расчетов, мы получаем информацию о том в каких структурных позициях атомы находятся на поверхности.

3.Метод Оже-спектроскопии. Отличается от предыдущего тем, что в нем вместо рентгеновской трубки используется электронная пушка.

Электрон, попадающий на атом выбивает фотоэлектрон, образующаяся при этом вакансия заполняется электроном с наружной оболочки, высвобождающийся при этом гамма-квант выбивает электрон с наружной оболочки. Последний и является Оже-электроном. Главным преимуществом ОЭС по сравнению с многими другими методами является очень малая глубина анализа, что делает эту методику пригодной для исследования поверхности. В свою очередь, глубина анализа определяется длиной свободного пробега электронов в твердом теле в смысле неупругих взаимодействий. Понятно, почему это так. Если зародившийся в твердом теле оже-электрон при движении к поверхности испытает хоть одно неупругое взаимодействие (например, совершит ионизацию атома), то он потеряет часть энергии и не будет зарегистрирован в интересующем нас месте энергетического спектра вторичных электронов, который формируется при бомбардировке твердого тела ускоренными электронами. То есть оже-электроны, рожденные на глубине большей, чем длина свободного пробега, не будут нести информацию о нахождении атомов данного сорта. Длина свободного пробега в сильной степени зависит от скорости движения, а следовательно, и от энергии электронов. Обычно исследуются оже-электроны с энергиями от нескольких десятков электронвольт до нескольких килоэлектронвольт. Во всех материалах длина свободного пробега (а следовательно, и глубина анализа) таких электронов не превышает 2-3 нм, то есть величины, сопоставимой с периодом кристаллической решетки твердого тела. При этом львиная доля информации поступает с глубины 0,5-1,0 нм, что и делает ОЭС уникальным методом исследования поверхности.

Технические характеристики исследовательского комплекса

Применение прибора:

Данный прибор позволяет наносить пленки на образец с помощью электронного испарителя (в камере подготовки образца) и здесь же, не вынося на «воздух» их исследовать. То есть данные методики и приборы дают возможность контролируемым образом создавать атомарно-гладкие и атомарно чистые поверхности, проводить их исследования, а также проводить исследования явлений, возникающих при взаимодействии этих чистых поверхностей с адсорбентами. В следствие чего мы можем разрабатывать новые технологии изготовления сверхчистых полупроводников и их последующего контролируемого легирования.