Способ исследования поверхности монокристаллов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 151)40 0 ОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Ферл е и аппарат фо ация,е оеат. й и В, 19 изиче верхностиметодам изучения адсорбль изобретения - вности, Способ ь полное число ад ий атомов и опрельзовать ия указант п, = 11/К, щелочных ного рассеяпо формулеслучае ионо2 в случае пиков двукраго выше типагде К = 4 вметаллов, Кных газов. 4 л ионных явлен овышение инф озволяет опр орм ов инер едели остоя сорбционных ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Васильев В,К. Методыра микроанализа, ОбзорнаяПНИИПИ, М 1978, с, 20-31.Е, уап Лег Чееп, 1 оп1 а 11 одгарЬу оГ зпгасев апГасез. Вага. Бс. ВерогСв199.(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСМОНОКРИСТАПЛОВ(57) Изобретение относится к фким методам исследования потвердого тела, в частностиобратного рассеяния ионов, и может делить высоту расположения адсорбированного атома над поверхностью вкаждом адсорбционпом состоянии, Бомбардируя поверхность ионами щелочныхметаллов или инертных газов с энергиями 1-50 кэВ, измеряют спектры дгукратного рассеяния ионов, испытавшихпервое столкновение на поверхностном,второе - на адсорбированном атоме,по угловому положению двух наиболееинтенсивных пиков, соответствующихданному адсорбционному состоянию,определяют абсциссу и ординату адсорбированного атома относительно цепочки монокристалла с использованиеманалитических выражений. Соотношениемасс атома мишени М, бомбардирующегоиона ш, и адсорбированного атома ш,должно удовлетворять условию Мш, шПолное число п, адсорбционных состояний находят по полному числу ИИзобретение относится к физическим методам исследования поверхноститвердого тела, в частности методамобратного рассеяния ионов и может%5использоваться для изучения адсорбционных явлений,Цель изобретения - повышение ин"Формативности,На Фиг.1 показана схема устройства для осуществления способа; нафиг. 2 и 3 - гсометрия процесса двукратного рассеяния на поверхностимонокристалла; Фиг. 4 - экспериментально полученный спектр рассеянияионов АгСпособ осуществляют следующим образом.Исследуемый образец 1 подвергаютбомбардировке пучком 2 ионов, энергию которых выбирают в диапазоне 150 кэВ. Пучок 2 направляют перпендикулярно к поверхности образца 1. Массу ш ионов выбирают с учетом массы М атомов мишени и массы ш адсорбированных атомов таким образом, чтобы выполнялось условие И ш,шПутем вращ(ения энергоанализатора 3с детектором 4 снимают энергетический спектр и находят направления, вкоторых наблюдаются пики двукратного рассеяния, В качестве ионов используют ионы инертного газа или ионы щелочных металлов,На Фоне многократного рассеянияв энергетическом спектре, в общемслучае, могут наблюдаться следующиепики; пики одно- и двукратного рассеяния от атомов 5 матрицы, пик однократного рассеяния от адсорбированного атома 6, пики, двукратногорассеяния от адсорбированных атомов6 и пики двукратного рассеяния, когдапервое рассеяние происходит на атоме 5 матрицы, а второе - на адсорбированном атоме 6. Обнаружено, что присоотношении масс М ш, ъ ш и нормальном падении пучка 2 ионов на поверхность образца 1 пики одно- и двукратного обратного рассеяния от адсорбированных атомов не наблюдаются, чтоможно объяснить .существованием предельного, наибольшего из возможныхуглов рассеяния О, = агсзп(шЛп, ),Обнаружено также, что пики одно- и55двукратного рассеяния от атомов 5матрицы, расположенные в высокоэнергетической части спектра, удаленыпо энергии на несколько сотен эВ отпиков двукратного рассеяния со вторым рассеянием на адсорбированноматоме б, Следовательно, можно легковыделить эти пики, настроив энергоанализатор 3 на соответствующую данным пикам область энергий. Существенно, что при И ш,ш интенсивность этих пиков оказалась великатолько в определенных направлениях,а именно тех, где угол рассеянияна адсорбированном атоме б близокк предельному,Общее количество наблюдаемых в угловом распределении интенсивных пиков двукратного рассеяния зависитот потенциала ионизации 1, бомбардируюших частиц. Бсли в качестве бомбардирующих частиц используются ионы щелочного металла (1, мало), которые отражаются преимущественно в виде ионов при всех углах рассеяния, то в угловом распределении наблюдаются четыре пика длякаждого адсорбционного состояния.Два наиболее интенсивных пика наблюдаются при углах рассеяния (и Р(Фиг. 2 и 3), а два менее интенсивных пика получаются за счет многократного рассеяния, Если в качествебомбардирующих частиц использоватьионы инертных газов (1 велико),которь(е сильно нейтрализуются наотлете и отражаются в виде ионов сотличной от нуля вероятностью только при больших углах рассеяния, тов угловом распределении останетсявсего два пика при углах (3( и /Определив из эксперимента значения углов 1: и , можно найти хи у - координаты адсорбированного атома для каждого адсорбционного состояния,Из Фиг. 2 и 3 ясно, что полярныеуглы рассеяния 3,иможно представить в виде(3) Рсоя ( ( - 1 пр ) - Рсоя ( - 8 пр) + Йсоя ( 3 - пр ) соя ( 92 пр)У = я .п ( (А - г) 45 Формулы (3) позволяют по измеренным значениям углов 3, и 3 и известным величинам й, 9 = а"сяг.пф "15 / Р(а, ) = 1,73(К," " )-" Г 2(ш,Цт где Е, и 2 - порядковые номера падающего иона и адсорбированного атома 20 соответственно; энергия Е, - в электронвольтах; Р - в ангстремах, найти искомые координаты х и у.Выбор средних энергий ионов (Ег - 1 - 50 кэВ) определяется тем, что 25 при малых энергиях (Е ( 1 кэВ) рез; ко падает интенсивность пиков двукратного рассеяния с.первым рассеянием на атоме матрицы и вторым - на адсорбированном атоме, а при высоких энергиях ионов щелочных металлов и инертных газов происходит интенсивное разрушение исследуемых адсорбционных состояний за счет явления ионного перемешивания,Известно, что число возможных адсорбционных состояний данного атомана данной поверхности определяетсярядом Факторов: степенью покрытияповерхности адсорбированными атома Оми, ее температурой, реальной структурой и т.д, При постоянной температуре Т и степени покрытия Х , какправило, реализуется одно либо дваиз возможных состояний адсорбции.Способ позволяет определить нетолько координаты атома, адсорбированного на поверхности монокристалла, но и число адсорбированных состояний при 1( = сопят и Т = сопят,Для этого снимают энергетическийспектр, выделяют в нем область двукратного рассеяния указанного вышепика и определяют полное число пиков в данной области спектра, Приэтом одному адсорбционному состояниюсоответствуют 4 пика в спектре ионовщелочного металла и 2 пика в спектреионов инертного газа, а двум адсорбПодставляя (2) в (1),получим систему из двух уравнений с двумя неизвестными х и у, решение. которой(ш /ш,), Р = Р(0 ) - соответствующий 0, параметр столкновения ионас адсорбировгнным атомом,ционным состояниям - 8 пиков в спектре ионов щелочного металла и 4 пика в спектре ионов инертного газа, В общем случае число п,адсорбционных состояний и = И/К, где И - наблюдаемое число пиков двукратного рассеяния, К = 4 для ионов щелочного металла и К = 2 для ионов инертного газа.Выделив группу пиков, соответствующих данному адсорбционному состоянию, по Формулам (3) можно найти расположение атома на поверхности в этих состояниях. Более высоко расположенным атомам соответствуют и большие значения углов , иИзменяя условия на поверхности, т.е, величины Х и Т, можно наблюдать появление новых адсорбционных состояний и исследовать закономерности перехода атомов из одних адсорбционных состояний в другие.П р и м е р. Проводилось определение пространственной локализации атомов кислорода на поверхности моно- кристалла Ац (100) относительно цепочки атомов 1100 , Монокристалл был помещен в вакуумную камеру (остаточоное давление о = 10Па, степень покрытия поверхности кислородом Х: 0,3, температура поверхности Т = 293 К, плотность тока падающих ионов10 А/см), Поверхность бомбардировали пучком ионов Аг , падающих+ 1по направлению нормали к поверхности с энергией Ес, = 30 кэВ, При этом необходимое соотношение масс И(Ац) ш,(Аг)г(0) выполняется, Измеряли энергетические спектры обратного рассеяния ионов Аг , в которых четко выделялись пики 11 дву 5 143 кратного рассеяния 1,фиг4) на фоне пиков 1 однократного рассеянияфАг -э Аи. Анализатор настраивали на область энергий Е (.10 кэВ. Вращением анализатора относительно пучка были найдены углы Д = 144,50- 124,9 , при которых наблюда+ лись пики двукратного рассеяния Аг сначала на атоме Аи, а затем на атоме кислорода. По данным значениями по формулам (3 при п = агсзп(ш /щ,) = 23,5 ; Р0,052 1, были найдены координаты адсорбированного атома.Оказалось, что в данных условиях на поверхности (100) существует только одно адсорбционное состояние, в котором атом кислорода расположен посередине между атомами Аи в цепочке 1001 на высоте у = 1,210 см от поверхности.Формула изобретенияСпособ исследования поверхности монокристаллов, заключающийся в облучении исследуемой поверхности нормально падающим на нее пучком ионов, регистрации и измерении энергетических и угловых распределений рассеянных ионов, по которым судят о пространственном распределении адсорбиро 0842 6ванных на исследуемой поверхностиатомов, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения информативности, исследуемую поверхность облучаютпучком ионов щелочного металла илиинертного газа с энергией 1-50 кэВ,масса которого удовлетворяет соотношению Мш,ш, где М - массаатома монокристалла, ш, - масса облучающего иона, тп - масса адсорбированного атома, в зарегистрированных энергетических спектрах выделяютпики двукратного рассеяния ионов,испытавших первое рассеяние на поверхностном атоме монокристалла, а второе рассеяние - на адсорбированноматоме, в зарегистрированных угловыхраспределениях рассеянных ионов,даю щих вклад в указанные пики, выделяютдва наиболее интенсивных пика, соответствующих определенному адсорбционному состоянию, по положению которых.вычисляют координаты адсорбированного 25 атома относительно цепочки атомовмонокристалла, и определяют полноечисло адсорбированных состояний и,по формуле г. = И/К, гпе Иполное число указанных пиков двукратного рассеяния, К = 4 при использовании ионов щелочного металла и К = 2 при использовании ионовинертного газа1430842 ОНОНОВ Составитель К Техред М.Диды р Г,1 Яекма К Редактор О.Киштулин Заказ 5336/4 4 Подписиго комитета СССР венно-полиграфическое предприятие, г, Ужгс ро." уп. 11 р с ктноя,низ Тираж В 11 ИИПИ Государс по делам изо 113035, Москва, Ж енн ете Рй и открытии Ушская наб д 4/;