Способ определения средней длины свободного пробега электронов в веществе Советский патент 1986 года по МПК G01N23/203 

Изобретение относится к методам исследования поверхности твердых тел с помощью электронных и может быть использовано для проведения .количественных измерений элемен ного состава поверхности методаьш электронной оже-спектроскопии, рентгеновского микроанализа, фотоэлектронной спектроскопии. .

Целью изобретения является обес- печение возможности о/ новременн6го определения средних длин свободного пробега электронов относительно различнь1х процессов взаимодействия электронов с веществом.

На чертеже-лредставлены угловые .зависимости интенсивности спектров потенциалов возбуждения мягкого ренгеновского излучения (yXtf)) ванадия для чистого монокристалла ванадия (110) - кривая 1, для монокристалла ванадия (ПО) после нанесения на

него пленки &ария толщиной кривая 2.

А 35

40

Пример. Определяют средние длины свободного пробега электронов в барии с помощью методики получения спек тров потенциалов возбуждения мягкого рентгеновского и:злучения зо (ПВМРИ), В качестве монокристаллической подложки используют монокристалл ванадия ( 1 10) , а процессы взаимодействия элек.тронов с веществом изучают в пленкэ бария, наносившейся на монокристалл ванадия (110) путем термического испарения из специаль- кого источника. Для бария определяют среднюю длину свободного пробега электронов до потери когерентности, до неупругого взаимодействия и до упругого рассеяния, на угол, превышающий угол Брэгга. Источником электронов служит электронная пушка, в качестве которой используют электро.статический видикон Jffl-428 с увели-.

ченньм диаметром отверстия в первом аноде, что .позволяет получать ток.

электронов первичного пучка до 100 мкА при энергии электронов первичного пучка 500 эВ и апертуре пуч-

ка первичных электронов не превьша- ющей 1,5 .. В качестве детектора

рентгеновского излучения используется вторичный электронный умножитель

типа ВЭУ-6 или ВЭУ-4, перед которым 55 устанавливается фотокатод из хлористого калия и алюминиевый фильтр рентгеновского излучения . Изменение вза45

.

5

0

5

5

0

о

5

5

имной ориентации пучка первичных электронов и кристаллической решетки подложки осуществляется путем вращения образца вокруг оси, перпендикулярной его рабочей поверхности, т.е. за счет изменения азимутального угла падения первичных электронов на образец. Для определения средник длин свободного пробега электронов в барии монокристалл ванадия (ПО), а затем монокристалл ванадия (ПО) с нанесенной на него пленкой бария, определенной толщины, облучают пуч- ком первичных электронов с энергией 515,1 эВ, что соответствует пороговому возбуждению L уровня ванадия, и регистрируют углЪвые зависимости интенсивности спектров потенциаЭюв возбуждения мягкого рентгеновского излучения. Измерения проводят при токе электронов пе рвичного пучка 40 мкА.. . .

Сравнивая полученные угловые за- висийости интенсивности спектров ПВМРИ, определяют значения средних длин свободного пробега первичных электронов относительно различных процессов взаимодействия электронов с барием. Поскольку энергия -электро- J1OB первичного пучка соответствует порогу возбуждения L -уровня ванадия, то неупругие взаимодействия пер- вичных электронов с веществом пленки приводят к уменьшению среднегр значения интенсивности уср на угловых зависимостях спектров ПВМРИ, а отношение у/у и (,р характеризует часть ток-а первичных электронов, прошедших цленку не испытав неупругих взаимодействий. Уоср и j,p - средние . значения интенсивности на угловых зависимостях спектров ПВМРИ, полученных от чистого монокристалла и. моно-г кристалла с нанесенной на него пленкой соответственно. Под средним значением .интенсивности угловых зависимостей спектров ПВМРИ понимают значение интенсивности ПВМРИ, соответствующее подложке, не имеющей упоря,- доченно й структуры. Среднее значение интенсивности на угловых зависимостях спектров потенциалов возбуждения мягкого рентгеновского излучения . можно определить экспериментально, либо подв.ергая аморфизации монокристаллическую подложку, либо нанося на монокристаллическую подложку неупорядоченную пленку того же вещества.

что и вещества подложки, до тех пор, пока измеряемая интенсивность спектра потенциала возбуждения мягкого рентгеновского излучения не перестанет зависеть от угла падения первичных электронов на образец. Это значение и будет соответствовать интенсивности спектров потенциалов возбуждения мягкого рентгеновского излучения QT подложки, не имеющей упорядоченной

структуры.

На чертеже на оси ординат отмечены значения, соответствующие среднему значению интенсивности для кривой 1 н кривой 2 соответственно. Значение средней длины свободного пробега электродов до неупругого взаимодействия 1 неопр определяется по уменьшению значения интенсивности на угловых зависимостях по формуле

иеупр

У

гр

где d - толщина пленки. В нашем Л нечпр 8 А.

Участие электронов первичного пучка при прохождении пленки в упругом рассеянии на угол, превышшощий угол Брэгга, и в неупругих взаимодействиях приводит к потере первичными электронами когерентности, что в свою очередь вызьхвает уменьшение значения амплитуды тонкой структурыJ УАНИН угловых зависимое- тях инте1зсивности спектров ПВМРИ, а,

fl iMOKC и ЯНИН

отношение -.гхарактеризуЬ Ома«:с в о мин

ет часть тока первичных электронов, прошедших пленку, не испытав ни неупругих взаимодействий, ни упругого рассеяния на угол, превьшхающий угол Брэгга. Значения у„ „ ,у„„, соответствуют максимальном-у значению интенсивности на угловых зависимостя ПВМРИ, полученных для монокристалла до и после нанесения пленки исследуемого вещества соответственно. Зна и яУоми У мин соответствуют значению интенсивности на угловых зависимостях спектров ПВМРИ, полученных для монокристалла до и после нанесения пленки исследуемого вещества соответственно в минимуме, ближайшем к упомянутому вьщ1е максимуму. Значение средней длины свободного, пробега электронов до потери когерентности

определяется по

0

юге р

сглаживанию тонкой структуры на угловых зависимостях интенсивности спектров ПВМРИ по формуле .

...с-Уомим о мосс )

В нашем случае Л югер 3 А.

Упругое рассеяние электронов первичного пучка в пленке на угол, превышающий угол Брэгга, приводит к

Лмакс О мин

уменьшению величины

5

Ус

по сравнению с величиной

Р

J омакс (Г

омакс Помин

а их отношение

I Уоср 1макс гмин)уоср

0йсрОГ лаке Уомин)

характеризует часть тока первичных электронов, прошедших пленку не испытав упругого рассеяния на угол, превышающий угол Брэгга. Значение

5 средней длины свободного пробега электронов до упругого рассеяния на угол, превьшающий угол Брэгга, А и pp. аналогично определяется из соотношения

j

0

р (Уомакс Уомин) Yep Уоер ( Г мии ) 3 1.

В нашем случае Д

ЧПР

Таким образом. Для бария определе- ны средние длины свободного пробега электронов с энергией 515,1 эВ до неупругого взаимодействия (.18 А), до упругого рассеяния на угол, превышающий угол Брэгга (ЗА), до потери когерентности (ЗА).

Формула изобретения

Способ определения средней длины свободного пробега электронов в в6- ществе, включаюш 1й последовательное облучение монокристаллической подлож- ки и подложки с нанесенной на нее пленкой исследуемого вещества моно- энергетическим пучком первичныхэлектронов, регистрацию интенсивности вторичного излучения от чистой подложки и от ПОДЛОЖ1СИ с пленкой .в зависимости от взаимной ориентации пучка первичного излучения и кристаллической решетки подложки и определение средней длины свободного пробега электронов путем сравнения

получаемых угловых зависимостей, о т- л и чающийся тем, что с целью одновременного определения средних

длин свободного пробега электронов относительно различных процессов взаимодействия электронов с вещест вон, энергию облучающих электронов выбирают равной порогу.возбуждения

.мягкого рентгеновского излучения

ЗГ, произб.ед

монокристаллической подложки, регистрируют интенсивность рентгеновского излучения, возбуждаемого в монокристаллической подложке, и о средних длинах свободного пробега судят по изменению средней интенсивности и .сглаживанию тонкой структуры на полученных угловых зависимостях.

ТСмакс

(fу г рад.

Изобретение относится к методам исследования поверхности твердых тел с помощью электронных пучков и может быть использовано для проведения количественных измерений элементного состава поверхности методами ожеспектроскопии, рентгеновского микроанализа, фотоэлектронной спектроско- пии. Целью изобретения является обеспечение возможности одновременного определения средних длин свободного пробега электронов относительно различных процессов взаимодействия электронов с веществом. Последовательно облучают монокристаллическую подложку и ту же подложку с нанесенной пленкой исследуемого вещества пучком моноэнергетических электронов, энергия которых соответствует порогу возбуждения мягкого рентгеновского излучения в подложке. Регистрируют рентгеновское излучение, возбуждаемое в подложке, от.чистой подложки и подложки с нанесенной на нее пленкой при различной взаимной ориентации . пучка первичных электронов и кристаллической решетки подложки, и, сравнивая Полученные угловые зависимости, по изменению интенсивности и сглаживанию тонкой структуры определяют средние длины свободного пробега электронов, в исследуемой пленке до неупругого взаимодействия, до потери когерентности и до упругого рассеяния на угол, превышающий угол Брэгга. 1 ил. I (Л

Составитель Т.Владимирова Редактор В.Иванова Техред Л.Олейник Корректор Е. Рошко

3388/42

Тираж 778Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений.и открытий 113035,- Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,-4