Основы анализа поверхности и тонких пленок методами

Название дисциплины:
Основы анализа поверхности твердых
тел и тонких пленок методами атомной
физики
Преподаватель:
Д. ф. - м. н., профессор,
Никитенков Николай Николаевич
1
Цель преподавания курса:
- подготовка специалиста, владеющего
основами современных методов исследования поверхности твердых тел, основанными
на измерении характеристик частиц и
излучений, испускаемых поверхностью
твердого тела при воздействии фотонов,
рентгеновского излучения, температуры,
электростатических полей, и при бомбардировке электронами или ионами;
- имеющего представления о физических
явлениях, лежащих в основе изучаемых
методов.
2
Модули курса
1. Основные экспериментальные
особенности и узлы
аналитических установок для
исследования поверхности
2. Строение поверхности
3. Физические явления, лежащие в
основе методов диагностики
поверхности
4. Теоретические основы методов
электронной спектроскопии
5. Теоретические основания
методов ионной спектроскопии
3
Общие представления о методах анализа
поверхности
Факторы
воздействия
Параметры
отклика
(явлений)
ЯВЛЕНИЯ
Образец
Факторы воздействия:
1. Пучки электронов и ионов
килоэлектронвольтных (кэВ-х) энергий,
2. Фотоны ультрафиолетового и
рентгеновского диапазонов,
3. Электростатические поля,
4. Температура.
Параметры отклика:
1. В электронной и фотонной
спектроскопиях:
Форма и интенсивность энергетических
спектров вторичных электронов, ионов и
фотонов.
2. В ионной спектроскопии:
Состав и интенсивности массовых линий в
спектрах масс вторичных ионов.
О явлениях разговор отдельный !!!
4
Классификация физических явлений – эмиссий,
лежащих в основе методов анализа поверхности
1. Ионная эмиссия (ИЭ):
факторы воздействия
• ускоренные до энергий 1–10 КэВ ионы или
атомы – это ионно-ионная или вторичная
ионная эмиссия (ВИЭ);
• нагревание материала - это термо-ионная
эмиссия (ТИЭ);
• электрические поля напряжённостью ~107
В/см - это полевая ионная эмиссия (ПИЭ);
• облучение материала фотонами - это фотоионная или радиационно- стимулированная
ионная эмиссия;
• облучение материала электронами - это
электронно-ионная эмиссия (ЭИЭ);
2. Электронная эмиссия (ИЭ) - аналогично
п.1 в зависимости от возбуждающего
фактора:
• ионно-электронная эмиссия (ИЭЭ);
• термо-электронная эмиссия (ТЭЭ);
• полевая электронная эмиссия (ПЭЭ);
• фото-электронная эмиссия (ФЭЭ);
• электронно-электронная или вторичная
электронная эмиссия (ВЭЭ);
3. Фотонная эмиссия (ИЭ) - аналогично пп.
1 и 2 в зависимости от возбуждающего
фактора:
5
ЭМИССИЯ  СПЕКТРОСКОПИЯ:
ЭМИССИЯ – ЯВЛЕНИЕ,
СПЕКТРОСКОПИЯ – МЕТОД,
ОСНОВАННЫЙ НА ДАННОМ
ЯВЛЕНИИ.
ЭМИССИЯ – объект фундаментальных
исследований,
СПЕКТРОСКОПИЯ – прикладной аспект
фундаментальных исследований
ЭМИССИЙ, позволяющий получать
информацию о составе и структуре
поверхности и твердого тела в целом.
6
Важнейшие инструментальные группы,
необходимые для осуществления
эксперимента по диагностике поверхности
Источники воздействия (электронные и ионные
пушки
или
ускорители,
источники
рентгеновских, ультрафиолетовых
и др. квантов).
2.
Анализаторы
(энергетические,
массовые,
монохроматоры).
3.
Детекторы отклика поверхности [цилиндры
Фарадея,
вторичные
электронные
и
фотоэлектронные умножители (ВЭУ и ФЭУ),
микроканальные пластины].
+ электронно- и ионно-оптические устройства
1.
Все это в высоком или сверхвысоком вакууме
+ Электронные приборы, обеспечивающие работу
указанных приборов и устройств (в том числе,
блоки питания, измерительные приборы,
вычислительная техника).
7
Схема аналитического тракта энерго-массспектрометра
(установка ВИМС-2 НИИЯФ ТПУ):
1 – вакуумная аналитическая камера; 2 – мишень;
3 – трехэлектродная одиночная линза; 4 – смотровое
окно; 5 – устройство фокусировки первичного пучка;
6 – ионно-оптический тракт первичного пучка;
7 – ионная пушка; 8 – энергоанализатор;
9 – отклоняющие пластины; 10 – входная щель массанализатора; 11 – детектор вторичных ионов;
12 – ионопровод масс-анализатора; 13 – массанализатор.
8
Литература
ОСНОВНАЯ
1. Никитенков Н.Н. Основы анализа поверхности
твердых тел методами атомной физики. Томск:
ТПУ, 2012, 213, 202 с.
2. Никитенков Н.Н. Изотопный, химический и
структурный анализ поверхности методами
атомной физики. Томск: ТПУ, 2002, 198 с.
3. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы
исследования поверхности. - М.: Мир,1989.
4. Нефедов В.И., Черепин В.Т.. Физические методы
исследования поверхности твердых тел. – М.:
Наука, 1983.
5. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа
поверхности и тонких пленок. – М.: Мир,1989.
6. Черепин В.Т., Васильев М.А. Методы и приборы
для анализа поверхности материалов. – Киев:
Наукова думка, 1982.
7. Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В.,
Катаяма М. Введение в физику поверхности.
Москва: Наука, 2006,490 с.
9
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1.Афанасьев А.М., Александров П.А., Имамов
Р.М. Рентгеновская структурная диагностика
в иссле-довании поверхностных слоев. – М.:
Мир, 1986.
2.Анализ поверхностей методами Оже- и
рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (под ред. Д. Бриггса и М.П. Сиха) – М.:
Мир,1987.
3.Карлсон Т.А. Фотоэлектронная и Ожеспектроскопия. – Л.: Машиностроение, 1981
4.Методы анализа поверхностей (под ред. А.
Зандерны) – М.: Мир, 1979.
5.Нефедов
В.М.
Рентгеноэлектронная
спектроскопия
химических
соединений.
Справочник. – М.: Химия, 1984.
6.Петров Н.Н., Аброян И.А. Диагностика
поверхности с помощью ионных пучков. – Л.:
Изд-во ЛГУ, 1977.
7.Применение электронной спектроскопии
для анализа поверхностей (под ред. И. Ибаха)
- Рига: Зинатне, 1980.
8.Спектроскопия и дифракция электронов
при исследовании поверхности твердых тел
(под ред. Н.Г. Рамбиди) – М.: Наука, 1985.
9.Распыление
твердых
тел
ионной
бомбардировкой. Вып. 1 и 2 (под ред. Р.
Бериша). – М.: Мир, 1984.
10.Физическая Энциклопедия в 5-ти томах.
Москва. Научное издательство "Большая
10
Российская энциклопедия", 1998 г.