Методы исследования поверхности твердого тела

 

Доцент  Д.Ю. Усачев

 

I. ВВЕДЕНИЕ.

1.1. Почему поверхность?

1.2. Сверхвысокий вакуум, загрязнения.

1.3. Структура поверхности: геометрическая структура, кристаллическая структура, элементный и химический состав, электронная структура, энергетическая структура.

1.4. Аналитические методы исследования поверхности.

1.5.  Глубина информации.

 

2. МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ  АТОМАРНО-ЧИСТОЙ ПОВЕРХНОСТИ

2.5. Скол в вакууме.

2.6. Высокотемпературный прогрев.

2.7. Ионная бомбардировка с последующим отжигом.

2.8. Химическое травление в газах.

2.9.  Напыление в вакууме. Эпитаксия,  молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ, МВЕ).

 

3. КРИСТАЛЛОГРАФИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ДИФРАКЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ

3.1.Симметрия поверхности.

3.2. Описание структур верхних слоев.

3.2.1. Матичная запись.

3.2.2. Запись Вуда.

3.2.3. Некоторые примеры.

3.3. Обратная решетка и дифракция электронов.

3.4. Дифракция медленных электронов (ДМЭ): качественное рассмотрение и практическая реализация

3.5. Домены, ступеньки и дефекты.

3.6. Определение структуры поверхности с помощью ДМЭ.

3.6. Тепловые эффекты.

3.7. Дифракция отраженных быстрых электронов (ДОБЭ) и молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ). Практическая реализация.

3.8. Поверхностная чувствительность.

3.9. Преимущества и ограничения методов.

 

4.  МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОТЫ ВЫХОДА

4.1.  Работа выхода, изменения работы выхода (поверхностных потенциалов), контактная разность потенциалов (КРП). Поверхностная чувствительность к адсорбции на поверхности.

4.2. Монокристаллические поверхности.

4.3.Поликристаллические поверхности.

4.4. Методы, используемые для определения работы выхода:

4.4.1. Термоэлектронная эмиссия.

4.4.2. Автоэлектронная (полевая) эмиссия.

4.4.3. Квантовый выход фотоэмиссии вблизи порога.

4.4.4. Квантовый выход в зависимости от температуры.

4.4.5. Распределение фотоэлектронов по энергии вблизи порога фотоэмиссии.

4.4.6. Диодный метод измерения работы выхода.

4.4.7. Измерения работы выхода, основанные на КРП.

4.5. Экспериментальные результаты.

4.6. Преимущества и ограничения методов.

 

5. СПЕКТРОМЕТРИЯ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ РЕЗЕРФОРДА

5.1. Экспериментальная техника.

5.2. Кинематика упругих столкновений.

5.3. Пример спектрометрии обратного рассеяния Резерфорда.

5.4. Получение распределений элементов по глубине с помощью обратного рассеяния.

5.4.1.Потери энергии легких ионов высоких энергий в твердых телах.

5.4.2. Потери энергии в химических соединениях и правило Брэгга.

5.4.3. Ширина спектра энергии в обратном рассеянии.

5.4.4. Форма спектра обратного рассеяния.

5.4.5. Получение распределений по глубине с помощью рассеяния Резерфорда.

5.4.6. Разрешение по глубине и флуктуации потерь.

5.4.7. Пробеги ионов Н и Не.

5.4.8. Распыление и пределы чувствительности.

5.5. Преимущества и ограничения метода.

 

6. КАНАЛИРОВАНИЕ

6.1. Экспериментальная техника.

6.2. Каналирование в монокристаллах.

6.3. Определение месторасположения примесей в кристаллах.

6.4. Поверхностный пик.

6.5. Анализ тонких пленок.

6.6. Преимущества и ограничения метода.

 

7. МЕТОДЫ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

7.1. Принципы работы сканирующих зондовых микроскопов (СЗМ).

7.2. Сканирующие элементы (сканеры) зондовых микроскопов.

7.3. Устройства для прецизионных перемещений зонда и образца.

7.4.Защита СЗМ от вибраций и внешних воздействий.

7.5. Формирование и обработка СЗМ – изображений.

7.6. Сканирующая туннельная микроскопия/спектроскопия (СТМ)/(СТС).

7.7. Атомно-силовая микроскопия (АСМ).

7.8. Электросиловая микроскопия (ЭСМ).

7.9. Магнитно-силовая микроскопия (МСМ).

7.10. Ближнепольная оптическая микроскопия (СБОМ).

7.11. Разрешение по вертикали к поверхности и латеральное.

7.12. Преимущества и ограничения методов.

 

 

8. МАСС_СПЕКТРОМЕТРИЯ ВТОРИЧНЫХ ИОНОВ (ВИМС)

8.1. Распыление ионной бомбардировкой: общие понятия.

8.2. Ядерные потери энергии.

8.3. Выход продуктов распыления.

8.4. Масс-спектрометрия вторичных ионов (ВИМС): экспериментальная техника и примеры спектров.

8.5. Избирательное распыление элементов и анализ их распределения по глубине.

8.6. Уширение внутренней границы раздела и ионное перемешивание.

8.7. Поверхностная чувствительность и эффективная глубина анализа.

8.8. Преимущества и ограничения метода.

 

Список обязательной литературы

1.   К.Оура, В.Г.Лифшиц, А.А.Саранин, А.В.Зотов, М.Катаяма  "Введение в физику поверхности"  М., Наука, 2005                                                     

2.   Э.Зенгуил “Физика поверхности”. М., Мир, 1990

3. Л.Фельдман, Д.Майер “ Основы анализа поверхности и тонких пленок”.,”Мир”,1989

4.   Вудраф Д., Делчар Т. “Современные методы исследования поверхности”, М.,  “Мир”, 1989.

5.  “Методы анализа поверхности”. Ред.А.Зандерна. М., “Мир”. 1979

6.  “Применение электронной спектроскопии для анализа поверхности”. Ред. Х. Ибах. Рига, “Зинатне”, 1980

7.  В. Миронов “Основы сканирующей зондовой микроскопии”, М., Техносфера, 2004

 

Список дополнительной литературы

1.  “An Introduction to Surface Chemistry” - http//www.chem..qmv.ac.uk/surfaces/scc/sccindeex.htm

2. M.A.Van Hove, W.H. Wienberg, C.M. Chan, “ Low-energy Electron Diffraction: Experiment, Theory and Surface Structure Determination” , Springer, W. Berlin, 1986.

3. J.B. Pendry, “ Electron Diffraction “, Academic Press, London, 1974.