Способ определения энергии двумерных электронных зон поверхности металла Советский патент 1991 года по МПК H01L21/66 

Изобретение относится к области метрологии электрофизических параметров твердого тела, а именно к способам определения энергии

лектронных состояний на поверхноси металлов ,н может быть использовано , ри контроле межфазных границ при ыращивании многослойных пленочных труктур и электронике, в том числе ри изготоплении фотоприемников и т.д., а также для расширения метоов спектроскопии поверхности и в ундаментальных исследованиях в обасти физики поверхности.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности способа при его одновременном упрощении.

На фиг.1 представлена схема установки, реализующей предлагаемый способ; на фнг„2 - ориентация электрического вектора Ј при различных поляризациях возбуждающего фотоэмиссию излучения по отношению к поверхности образца; на фнг.З - схема фотоэмиссионного процесса при облучении образца поляризованньм светом; на фиг.4 - экспериментальные спектральные фотоэмиссионные зависимости Ip(7i), 1500 ма Фиг.5 - спектральная зависимость отношения 1р 00/Is 00 Г

Установка для реализации предложенного способа, представленная на фиг.1, состоит из вакуумной камеры I с оптическим окном 2 для ввода излучения в вакуум и оптическим окном 3 для вывода излучения из вакуума. В вакуумную камеру помещен образец , 4, изготовленный в виде металлической пластины, и источник 5 для нанесения на поверхность образца субмоно- слойной пленки щелочного или щелочноземельного металла. Последовательно источнику б видимого света устаиов- ,лены конденсатор 7, монохроматор 8, осуществляющий изменение длины вол- ны света, объектив 9, поляроид (поляризатор) 10, Собирающий коллектор 11, источник положительного напряжения 12, электрометр 13 и образец 4 образуют электрическую цепь, в которой измеряется интегральный фотоэмиссионный ток.

П р и м е ро Определяют энергию двумерных электронных зон поверх- ности вольфрама W (100). Точность выхода грани (100) V составляет 30. Образец W (JOO) изготовлен в виде круглой пластины диаметром D « 1 и толщиной d 3-1 (. Перед установкой Р камеру образец полирует механически и электролитически.

0

5

0

5

0

5

d

5

Образец W (100) помещают в вакуумную камеру, в которой поддерживают давление Па, Получение атомарно-чистой поверхности достигают стандартной процедурой прогрева образца.

Для системы W (100) - цезий Се величина степени покрытия, соответствующая минимуму работы выхода б/ 0,5, так что можно наносить пленку Cs с любой степенью покрытия $ лежащей в интервале 0,5. В данном примере на поверхность (100)W нанесена субмонослойная пленка Ся со степенью покрытия 0 0,3.

На обра-зец W(IOO) со стороны пленки Сз фокусируют монохроматический свет видимой спектральной области, интенсивностью « 1-10 Вт/см получаемый с помощью монохроматора 8 от источника 6 видимого света. С помощью поляроида 10 осуществляют поляризацию электрического вектора излучения в плоскости падения облучения (выделяют излучение р-поля- ° ризации). Длину волны монохроматического света изменяют в пределах от красной границы фотоэффекта, fl 620 нм до длины волны видимого света И 400 нм. Линейная дисперсия монохроматора 8 равна 2 нм/мм, что . при ширине входной и выходной щелей монохроматора, равных 1 мм, позволяет использовать для облучения образ-1, ца участок указанного спектра шириной oflj, 2 нм. Погрешность иэмере- ния длины волны монохроматического света составляет Sfl, 0,05 нм. Облучение образца светом осуществляют . под углом у 45°, так как для вольфрама угол Брюстера Ј6 равен Ув. е 78 в видимой области спектра.

Интегральный фотоэмиссионный ток регистрируют в цепи образец 4 - собирающий коллектор П - электрометр I3, Образец заземляют, на собирающий коллектор JI подают напряжение +25 В от источника постоянного тока. Погрешность измерения тола составляет -И « 2 10 1 А. .

При каждом значении Я ,лежащем в интервале Я 4 620 нм, измеряют величину интегрального фотоэмнсснонногр тока Ip(fl) при облучении образца излучением р-поляризации.

Затем при помощи поляроида осуществляют поворот плоскости поляризации на 90е ( выделяют излучение

s-поляризацни) и вновь при Каждом значении , лежащем в интервале нм, измеряют величину интегрального фотоэмиссионного тока IS(H) при облучении образца излучением В - поляризации

На фиг.А представлены спектральные зависимости интегральных фотоI556463

для заявляемого способа не требуется сложных регистрирующих устройств типа энергоанализаторов для регистрации suetгетнческого спектра элект- ронов, которые усложняют процедуру эксперимента.

Заявляемый способ содержит также значительное упрощение математической

Изобретение относится к области метрологии электрофизических параметров твердого тела, а именно к способам определения энергии электронных состояний на поверхности металлов. Цель изобретения - повы.шение точности и чувствительности способа при его одновременном упрощении. Способ включает получение атомарно-чистой поверхности образца металла в условиях вакуума, нанесение на нее субмонослойной пленки щелочного или щелочноземельного металла со степенью покрытия б , лежащей в интервале ( , где 0,- степень покрытия, соответствующая минимуму работы выхода образца, Облучение образца ведут со стороны пленки монохроматическим излучением под углом у, лежащем в интервале гДе Уер угол Брюстера, с поляризацией электрического вектора излучения в плоскости падения облучения. При этом облучение образца производят излучением видимой спектральной области, меняя при этом длину волны Я в интервале fl fltp i гДё красная граница фотоэффекта. При каждом значении tf измеряют величину интегрального фотоэмиссионного, тока Тв(И), затем поворачивают плоскость поляризации излучения на 90°, вновь меняя Длину волны 4 в интервале при каждом значении fl измеряют величину интегрального фотоэмиссионного тока Is(1), вычисляют отношение 1|,(й)/ /Is СА), находят положение, его спектрального максимума 4iMevc и определяют искомую величину Е„ из соотношения Е„ « h C/-JIMai(b, где h - постоянная Планка; с - скорость света. По сравнению с прототипом изобретение облада ет на порядок большей точностью и чувствительностью определения эпер- (гии двумерных электронных зон поверх- Ности металлов. Изобретение может быть использовано в физических изме- ,рениях, при контроле межфазных границ при выращивании многослойных структур.в электронике, а также для расширения методов спектроскопии поверхности и в фундаментальных исследованиях в области физики поверхности. 5 ил. (Л с ел ел о Ј оэ ее

тов. Формула

изобретения

эмиссионных токов IpC fl) и IgCfl) ( обработки экспериментальных реэульта- вые 14 и 15), По измеренным зависимостям 1|(И) и Ij (4) вычисляют отношение Ip (I) /I6О), приведенное на фиг.А, по которому определяют длину волны 1Ma,t i соответствующую максимальному значению отношения

Искомую величину энергии двумерных электронных зон поверхности металла Е„ находят по положению спектрального максимума отношения 1()/16() из соотношения Е0

15

20

Способ определения энергии двумерных электронных зон поверхности металла, включающий формирование атомарно-чистой поверхности образца в условиях вакуума, нанесение на нее субмонослойной пленки щелочного или щелочноземельного металла со степенью покрытия б , лежащей в интервале ,, где 0, - степень покрытия, соответствующая минимуму работы выхода образца, облучение образ- 25 ца со стороны пленки монохроматическим излучением под углом Jf , лежащим

Ъ -.--,

МОНС

где с - скорость света}

h - постоянная Планка. В данном примере ИМоге 50 следовательно Е, 2,75 эВ.

Величина Е„ 2,75 эВ показывает положение энергии двумерной электронной зоны поверхности W (100) относительно уровня вакуума (фнг.З). Относительная ошибка определения величины Efl составляет

Ј%- - 0,6%. Ео

Абсолютная погрепность определения Ев равна ЈЕЙ 0,02 эВ.

Способ определения энергии двумерных электронных зон поверхности металла, включающий формирование атомарно-чистой поверхности образца условиях вакуума, нанесение на нее субмонослойной пленки щелочного или щелочноземельного металла со степенью покрытия б , лежащей в интервале ,, где 0, - степень покрытия, соответствующая минимуму работы выхода образца, облучение образ- 25 ца со стороны пленки монохроматическим излучением под углом Jf , лежащим

- угол электрического вектора излучение в плоскости 30 падения излучения, измерение фото- эмиссионного тока и определение искомой величины расчетным путем, о т- лнчающийс я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности способа при одновременном его упрощении, облучение образца производят излучением видимой спектральной области, меняют длину волны fl в интервале 1О1(), где TI - красная граница фотоэффекта при каждом значении 71 измеряют величину интеграль,в интервале OiЩ, где ц Брюстера, с поляризацией эл

35

40

Таким образом, изобретение обеспечивает улучшение на порядок точности определения энергии двумерных электронных зон поверхности металла. В способе, согласно изобретению, производят регистрацию всех фотоэми- тнрованных образцов электронов. Таким образом, чувствительность заяв- „ длину волны Ti в интервале , при (ляемого способа превышает чувстви- каждом значении 1 измеряют величину тельность прототипа на порядок.интегрального фотоэмнссионного тока

Дополнительным преимуществом иэоб- Is(7l), вычисляют отношение Ip(fl)/I600

ретения по сравнению с известньии

техническими решениями являются прос- тота и доступность источников води- j кого света для возбуждения | отоэмие- ски,по сравнению ссинхротронным или , рентгеновским излучением. Кроме ,

ного фотоэмнссионного тока I. (J), затем поворачивают плоскость поляризации излучения на 90°, вновь меняя

находят положение его спектрального максимума маке и определяют искомую величину Ев из соотношения Е0 «

-h -г, где h - постоянная Планка; ate с - скорость света.

тов. Формула

изобретения

обработки экспериментальных реэульта-

обработки экспериментальных реэульта-

Способ определения энергии двумерных электронных зон поверхности металла, включающий формирование атомарно-чистой поверхности образца в условиях вакуума, нанесение на нее субмонослойной пленки щелочного или щелочноземельного металла со степенью покрытия б , лежащей в интервале ,, где 0, - степень покрытия, соответствующая минимуму работы выхода образца, облучение образ- ца со стороны пленки монохроматическим излучением под углом Jf , лежащим

- угол электрического вектора излучение в плоскости падения излучения, измерение фото- эмиссионного тока и определение искомой величины расчетным путем, о т- лнчающийс я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности способа при одновременном его упрощении, облучение образца производят излучением видимой спектральной области, меняют длину волны fl в интервале 1О1(), где TI - красная граница фотоэффекта при каждом значении 71 измеряют величину интеграль,в интервале OiЩ, где ц Брюстера, с поляризацией эл

длину волны Ti в интервале , при каждом значении 1 измеряют величину интегрального фотоэмнссионного тока

длину волны Ti в интервале , при каждом значении 1 измеряют величину интегрального фотоэмнссионного тока

ного фотоэмнссионного тока I. (J), затем поворачивают плоскость поляризации излучения на 90°, вновь меняя

Is(7l), вычисляют отношение Ip(fl)/I60

находят положение его спектрального максимума маке и определяют искомую величину Ев из соотношения Е0 «

-h -г, где h - постоянная Планка; ate с - скорость света.

fO

Фиг.1

т

ti

&

ь

Фиг. 2

4

4Ю

3,0

Редактор Г. Наджарян

Составитель И. Петрович Техред Л.Олиймьйс

Заказ 3724

Тираж

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Йроязводственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

500

BOO А,НМ

Фиг.5

2,0 Јf &

Корректор Н. Макснмишинецх

Подписное