Лекция 1 Слайд 1

Лекция 1
Слайд 1
МЕТОДЫ ЭЛЕМЕНТНОГО И СТРУКТУРНОГО
АНАЛИЗА
7 семестр
лекции – 2часа/неделю,
практические занятия
1 час/неделю
экзамен
8 семестр
лекции – 2часа/неделю
лабораторные работы
1 час/неделю
зачет
Жабрев Геннадий Игоревич – доцент кафедры
Сверхпроводимость и физика наноструктур.
Лекция 1
Слайд 2
Основная литература:
1.
Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок. М.:
Мир, 1989.
2.
Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронной
и ионной технологии. М.: Высшая школа, 1984.
Дополнительная литература:
1.
Растровая электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ. М.:
Мир, 1984.
2.
Количественный электронно-зондовый микроанализ. Под ред. В. Скотта,
Г. Лава. М.: Мир, 1986.
3.
Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной
спектроскопии. Под ред. Д.Бриггса, М.П. Сиха. М.: Мир, 1987.
4.
Л. Энгель, Г. Клингель. Растровая электронная микроскопия. –
Справочник. – М.: «Металлургия», 1986.
5.
Тронева Н. В., Тронева М. А. Электронно-зондовый микроанализ
неоднородных поверхностей (в свете теории распознавания образов). – М.:
«Металлургия», 1996.
6.
Введение в физику поверхности / К. Оура [и др.]. - Москва : Наука, 2006.
7.
Томас, Г., Гориндж М.Дж. Просвечивающая электронная микроскопия
материалов. - М. : Наука, 1983.
8.
Синдо Д., Оикава Т. Аналитическая просвечивающая электронная
микроскопия. - Москва : Техносфера, 2006.
Лекция 1
Слайд 3
Темы лекции:
1.
Элементный и структурный анализ в развитии
современных технологий.
2.
Основные определения, используемые в последующем
изложении.
3.
Упругое рассеяние в лабораторной системе координат.
Лекция 1
Слайд 4
Плотность потока частиц – j
число частиц, проходящих в единицу времени через
площадку единичной площади, расположенную
перпендикулярно оси пучка
В общем случае величина j будет функцией координат в плоскости
перпендикулярной оси пучка – неоднородный пучок и/или времени.
В последнем случае зависимость м. б. периодической – импульсный
источник частиц
или апериодической – за счет временного дрейфа параметров
стационарного источника частиц.
Лекция 1
Слайд 5
Единица измерения j в системе СИ – частиц/м2с.
На практике более употребительной является единица измерения –
частиц/см2с.
Если речь идет о пучках заряженных частиц, то в качестве единицы
измерения обычно используется мкА/см2 либо Кл/см2с.
мкА/с = 10-6 Кл/см2с = 6,251012 частиц/см2с
Лекция 1
Слайд 6
Расходимость пучка
предельный угол отклонения векторов скорости частиц в
пучке от его оси
Единица измерения – радиан
Осесимметричный пучок, система из 2-х коллимирующих диафрагм
L
a  arctg
d1
a
d1  d 2
2L
d2
В аппаратуре для элементного и структурного анализа расходимость пучка
обычно меньше 10-3 радиан (3,4 угловых минут).
Лекция 1
Слайд 7
Энергия частиц пучка
В элементном и структурном анализе обычно используются потоки частиц
фиксированной энергии. Такие пучки называются моноэнергетическими
(иногда, по аналогии со световой оптикой монохроматическими).
В качестве единицы измерения энергии используется внесистемная единица
эВ, численно равная энергии, которую приобретает частица любой массы,
несущая один элементарный заряд, пройдя разность потенциалов один вольт.
1 эВ = 1,610-19 Дж = 1,610-12 эрг
Лекция 1
Слайд 8
Хотя пучки и называются моноэнергетическими, но в действительности
всегда существует разброс по энергиям у частиц пучка относительно
некоторой средней величины, которая называется энергией пучка Е.
Мерой разброса или степенью моноэнергетичности явля-
ется отношение Е/E, где Е - модуль максимальной разности между величиной Е и энергиями, которые реально
имеют частицы пучка.
Разброс по энергиям определяется свойствами источника частиц; в некоторых методиках необходимы пучки со степенью моноэнергетичности Е/Е
не более 10-4.
Лекция 1
Слайд 9
При взаимодействии потоков корпускулярных излучений с атомами образца
часто имеют место процессы упругого рассеяния.
упругое рассеяние – рассеяние, при котором внутреннее состояние
взаимодействующих частиц остается неизменным
В дальнейшем часто можно будет считать, что рассеяние движущейся со
скоростью v0 (энергией Е0) частицы массой m1 происходит на неподвижной
частице массой m2. В лабораторной системе координат (л.с.к.) после упругого
рассеяния частица m1, отклонившись от первоначального направления
движения на угол рассеяния , движется со скоростью v1 (энергией Е1), а
первоначально покоящаяся частица m2 движется со скоростью v2 (энергией
Е2) по направлению составляющему угол отдачи Ф относительно
первоначального направления движения частицы m1.
Лекция 1
Слайд 10
Из законов сохранения энергии и импульса имеем следующую систему
уравнений
 m1v02 m1v12 m2v22


E0  kE0  E0

2
2
2

m1v0  m1v1 cos θ  m2v2 cos 
m v sin θ  m v sin ,
2 2
 11

где k и  – кинематические факторы процесса упругого рассеяния,
причем k +  = 1.
Лекция 1
Слайд 11
2
 v1 
v
  m1  m2   2 1 m1 cos θ  m1  m2   0
v2
 v0 
решение которого
2
2
2
v1 m1 cos θ  m2  m1 sin θ γ cos θ  1  γ sin 2 θ


v0
m1  m2
1 γ
где  = m1/m2.
v2
2m1

cos 
v0 m1  m2
Лекция 1
Слайд 12
Для кинематических факторов получаем следующие выражения
2
 γ cos θ  1  γ sin 2 θ 
k
 ,
1 γ



4γ
cos 2 
2
(1  γ)
при фиксированном угле рассеяния  кинематический фактор k может
иметь два разных значения, отвечающих разным знакам перед квадратным
корнем. Так как k +  = 1, то  тоже может принимать два значения. Это
означает, что два значения должен принимать угол отдачи Ф.
Кроме того, при   1 (m1  m2) существует предельный угол рассеяния
мак = arcsin(1/).
Двузначность k и Ф и, соответственно, Е1 и Е2 получена чисто
математически, как следствие решения квадратного уравнения. Для того,
чтобы понять физические причины появления подобной двузначности
необходимо рассмотреть процесс упругого рассеяния в системе центра масс.