Способ исследования поверхности твердых тел Советский патент 1990 года по МПК G01N23/227 

1.

I

У }

ъ

сл ел

о со

00

со

Изобретение относится к физическим методам исследования поверхности твердых тел с помощью вторичной эмиссии электронов.

Цель изобретения повышение селективности при исследовании центров адсорбции водорода.

На чертеже показана схема время- пролетного спектрометра для осущест- вления способа.

Времяпролетный спектрометр содержит первьй позиционно-чувствительный старт-детектор 1 с микроканальной пластиной, на которой нанесен слой 2 исследуемого вещества, диетакционированный на заданное расстояние L/ второй позиционно-чувствительный стоп детектор 3. Детекторы 1 и 3 подключены к блоку 4 обработки.

Сущность способа заключается в том, что создание возбужденной системы ион гелия - поверхность происходит в результате радиоактивного превращения адсорбированного трития (ЭН- 3Не++ 4 ( ) в ион гелия рядом с атомом адсорбента. В этом случае релаксация сист.емы ион гелия - поверхность происходит именно в том месте, где был первоначально адсорбирован атом изотопа водорода. Это следует из того, что поскольку энергия распада трития мала (верхняя граница бета- спектра трития 18 кэВ), то отдача иона 3Не незначительна (максималь- ная скорость иона отдачи равна 1,4 Л10 см/с) и за характерное время оже-релаксации ( с) ион гелия не отходит от атома адсорбента на расстояние большее, чем 1,4«10 см, что не превышает межатомные расстояния в адсорбенте водорода.

Способ осуществляют следующим образом.

К исследуемой поверхности, рас- положенной в вакуумной камере, подводят изотоп водорода тритий. Поверхность выдерживают в атмосфере трития в течение времени,. необходимого для того, чтобы поверхность адсорби- ровала достаточное количество три тия для последующего исследования релаксирующих систем ион гелия - поверхность. Остатки трития удаляют (откачивают). После адсорбции тритий, как радиоактивный изотоп, распадается с образованием иона гелия, т.е. образуется система ион гелия - поверхность непосредственно в месте

адсорбции атома трития. Система ион гелия - поверхность также неустойчива и путем оже-переходов релакси- рует с излучением оже-электронов. Энергетический спектр оже-электронов содержит информацию об электронной структуре (ширина энергетических уроней, их заселенность, плотность состояний и т.п.) участка поверхности твердого тела, адсорбировавшего водород, так как системы ион гелия - поверхность в тех местах, где тритий не адсорбировался, не образуются.

Предлагаемый способ реализуется с помощью стандартного времяпролетно го спектрометра с использованием по- зиционно-чувствительных старт- и стоп-детекторов 1 и 3.

Определение энергии оже-электроно происходит следующим образом.

Распад адсорбировавшегося в слое 2 исследуемого вещества JH и последующая релаксация образовавшейся системы ион гелия - атом поверхности происходят с испусканием излучения, которое фиксируется как старт-, так и стоп-детекторами 1 и 3. В рамках одиночного события один атом трития распадается в слое 2 исследуемого вещества вблизи поверхности входного окна старт-детектора 1 с образование иона гелия и испусканием бета частицы ( кэВ), а образовавшаяся в этом же месте система ион гелия - атом поверхности релаксирует с испусканием оже-электронов меньших энергий. Любая из этих частиц может попасть как в старт-детектор 1, так и в стоп-детектор 3 через время,.равное частному от деления длины траектории частицы на ее скорость.

Первым срабатывает старт-детектор 1, так как место испускания всех частиц находится непосредственно на поверхности его входного окна и лишь затем срабатывает стоп-детектор 3, расположенный на расстоянии L от места испускания. Момент времени, в который срабатывает старт-детектор 1 от попадания в него первой из всех частиц, принимается за момент распада трития. Определяя промежутки времени между этим моментом и последующими моментами срабатывания стоп- детектор 3, нетрудно вычислить скорости частиц, попавших в стоп-детектор, зная точно длины их траекторий от места распада трития внутри слоя

2исследуемого вещества на поверхности входного окна старт-детектора

1 до места попадания на входное окно стоп-детектора 3. Применение позици- онно-чувствительных детекторов 1 и

3в такой схеме позволяет определять длины траекторий наиболее точным образом.

По вычисленным скоростям частиц определяются их энергии. В случае множественности событий, т.е. распадов многих атомов трития за единиц времени в исследуемом веществе, необходимо соблюдать следующее условие, обычное при исследованиях радиоактивных веществ на времяпролетных спектрометрах, а именно количественное ограничение числа радиоактивных атомов, с тем, чтобы среднее время между распадами было больше, чем время пролета медленной из испускаемых при распаде частиц от места их испускания до входного окна стоп-детектора. При выполнении такого условия выводы, полученные при одиночном событии, применимы и для множественных событий. Формула изобретения

1. Способ исследования поверхности твердых тел, заключающийся в создании системы ион гелия - поверхность и регистрации спектра - оже-электро- нов, по которому судят о центрах адсорбции, отличающийся тем, что, с целью повышения селективности при исследовании центров адсорбции водорода, на поверхность по- зиционно-чувствительного детектора

Q наносят слой исследуемого материала с толщиной, меньшей длины свободного пробега образующихся при бета-распаде трития бета-частиц, систему ион гелия - поверхность создают путем выдержки слоя исследуемого материала в атмосфере трития до его насыщения и последующего удаления трития, регистрацию оже-электронов производят вторым позиционно-чувствительным де0 тектором, дистанционированным от исследуемой поверхности, и энергию оже- электронов определяют времяпролетным методом, используя сигнал первого детектора в качестве старт-сигнала, а

5 сигнал второго д етектора - в качестве стоп-сигнала.

I

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщину ис- 0 следуемого слоя выбирают большей длины свободного пробега оже-электронов.

Изобретение касается физических методов исследования поверхности твердых тел с помощью вторичной эмиссии электронов. Цель изобретения - повышение селективности при исследовании центров адсорбции водорода. Для этого на поверхности слоя 2 исследуемого вещества, нанесенного на позиционно-чувствительный старт-детектор 1, создают систему ион гелия - поверхность путем выдержки в атмосфере трития. Толщина слоя 2 не превышает длины свободного пробега образующихся при бета-распаде трития бета-частиц. Информацию о центрах адсорбции водорода получают путем времяпролетной спектрометрии оже-электронов, для чего используется второй позиционно-чувствительный стоп-детектор 3, дистанционированный от старт-детектора 1. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.