Способ определения энергии двумерных электронных зон поверхности металла

(46) 07. (2) 448 (22) 03. (7 ) Физ нм, А.ф, (72) Г. В кнн процессыр, 1973,АйвогЬаеоп 1 с вогГасЕасев оЕТапеа 1 цш,ЭНЕРГИИН ПОВЕРХНОС ласких паОСУДАРСТНЕННЦЙ КОМИТЕТ О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР 9.91. 1 ап. Р 33703/250.88асо-технический институтИоффеВенемаиская и М.Н, Лап(56) Панков Ж. Оптическ в полупроводниках. М.: с. 489Р. ЗоЖ 1 аввдап ей а 1 1 пйисед вЬИв оГ е 1 ес асафьев: Св оп 11 е (1 ОО) Сцпхвйеп,шо 1 уЪйепиш апд(57) Изобретение относится к области метрологии электрофизических параметров твердого тела, а именно к способам определения энергии электронных состояний на понерхности металлов. Цель изобретения - поны,шение точности и чувствительности способа при его одновременном упрощений. Способ включает получение атомарно-чистой поверхности образца ме талла в условиях вакуума, нанесениена нее субмонослойиой пленки щелочного или щелочноэемельного металла со степенью покрытия 6 , лежащей в интервале 08Ю где 6 - степень покрытия, соответствующая минимуму работы выхода образца, Облучение образца ведут со стороны пленки моно-эобретение относится кетрологни электрофизич хроматическим излучением под угломлежащем в интервале 0(у, где- угол Врюстера, с поляризйцией электрического вектора излучения в плоскости падения облучения. При этом облучение образца производят из.лучением видимой спектральной области, меняя при.этом длину волны М в интервале 1 4 М, где 11 - красная граница Фотоэффекта. При каждом эна" чеини Ф измеряют величину интеграль- КОГО фотоэмиссионного тока Т(1) эа тем поворачивают плоскость поляризаоции излучения на 90вновь меняядлину волны 1 н интервалепри каждом значении М измеряют величину интегрального Фотоэмиссионного то ка Ез(1), вычисляют отношение 1(Э)/ фд /1 в(Я), находят положение его спект- %фф рального максимума Ъ и определя- С ют искомую величину Е, иэ соотпоше щь ния Е,Ь сй где Ь - постоянная Я Планка; с - скорость снета, По сравнению с прототипом изобретение обладает на порядок большей точностью и чувствительностью определения элер" гии двумерных электронных зон поверхности металлов, Изобретение может быть использовано в физических изме,рениях, при контроле межфазиых границ при .выращивании многослойных4структур.в электронике, а также для расширения методов спектроскопии поверхности и в фундаментальных исследованиях в.области физики поверх ности, 5 ил. раметров твердого тела, а имени к способам определения энергииэлектрогггггв состояний иа поверхностгг металлов,иможет быть использованопри контроля межфазных границ привыращивании многослойных пленочныхструктур в электронике, в том числе5и ри и зготоп лепин фотоприемников ит.д., а также для расширения мето дов спектроскопии поверхности и вФунщамеггтальггых исследованиях в области Физики поверхности,1 ель изобретения - повышение точности и чувствительности способа приего одновременном упрощении,На фиг. представлена схемаустановки, реализующей предлагаемыйспособ иа Фнг.2 - ориентация электрического вектора Е при различныхполяризациях возбуждающего фотоэмиссию излучения по отношению кповерхности образца; на Фиг.3 - схема Фотоэмиссионного процесса приоблучении образца попяризованньисветом на Фиг,4 - экспериментальныеспектральные Фотоэмиссионные зависимости 1 р(Я), 1 (Я); на фиг.5 - спектральная зависимость отношеният (э) /,(п) ."Установка для реализации предло"женного способа, представленная наФиг.1, состоит из вакуумной камеры1 с оптическим окном 2 для ввода из"лучения в вакуум и оптическим окном3 для вывода излучения из вакуума,В вакуумную камеру помещен образец4, изготовленный в виде металличес"кой пластины, и источник 5 для нане"сения на поверхность. образца субмонослойной пленки щелочного или щелочноземельного металла. Последовательноисточнику 6 видимого света установ"40,лены конденсатор 7, монохройатор 8,осуществляющий изменение длины волны света, объектив 9, поляроидполяризатор) 1 О, Собираюший коллектор 11,45источник положительного напряжения1 2, электрометр 13 и образец 4 обра- .зуют электрическую цепь, в которойизмеряется интегральный.фотоэмисси"онггый ток,П р й м е р, Определяют энергиюдвумерных электронных зон поверхности вольфрама Я (100) . Точность вьгхода грани (00) Ю составляет 30..Образец М (100) изготовлен в видекруглой пластины диаметром 0 щ 1 к 55в 10"м и толщиной й3 1 О и, Передустановкой в камеру образец полируЕт иехаггически и электролнтически,Образец Ю (100) помещают в вакуумную камеру, в которой поддерживаютдавление р с-10 Па, 1 олучениеатомарно-чистой поверхности достигают стандартной процедурой прогреваобразца,Для системы И (100) - цезий Сввеличина степени покрытия, соответствующая минимуму работы выхода Йр0,5, так что можно наиосить плен"ку Сз с любой степенью покрытия Влежащей в интервале 096 0,5. Вданном примере на поверхность (100)Мнанесена субмонослойная пленка Свсо степенью покрытия 90,3.На образец О(100) со стороныпленки Сз фокусируют монохроматнческий свет видимой спектральной области, интенсивностью 110 Вт/см,получаемый с помощью монохроматора8 от источника 6 видимого свете. Спомощью поляроида 1 0 осуществляютполяризацию электрического вектораизлучения в плоскости падения облучения (выделяют излучение р-поляризации) . Длину волны монохроматического света изменяют в. пределахот красной границы фотоэффекта, Я= 620 нм до длины волны видимогосвета л400 нм. Линейная дисперсиямонохроматора 8 равна 2 нм/мм, что,при ширине входной и выходной щелеймонохроматора, равных 1 мм, позволя"ет использовать для облучения образ-ца участок укаэанного спектра шириной Йь "- 2 нм, Погрешность измере- ;ния длины волны монохроматическогосвета составляет Й, = 0,05 нм. Облучение образца светом осуществляютнод углом= 45, так как для вольф-:рама угол Брюстераравен 178в видимой области спектра,.Интегральный.фотоэмиссионный тойрегистрируют в цепи образец 4 - собирающий коллектор 11 - электрометр13, Образец заземляют, на собирающий коллектор 11 подают напряжение+25 В от источника постоянного тока, Погрешность измерения тоша состав-ляет 41 = 210 А, .При каждом значении 3,лежащем винтервале 9 ь 620 гвг, измеряют величину интегрального фотоэмиссионноготока 1 р(Я) при облучении образца из"лучением р"поляризации.Затем при помощи поляроида осу"ществляют . поворот плоскости поляризации на 90 ф ( выделяют излучение1556463 6для заявляемого сп ос оба не треб уетс ясложных регистрируощих устройствтипа энергоанализаторов для регистрации эпе 1 ге тич еского сп ектра электронов, которые усложняют процедуру.эксперимента.Заявляемый способ содержит такжезначительное упрощение математической и обработки экспериментальных результатов,Формула иэоб рет ения 5з-поляризации ) и вновь при каждом значении 1 , лежащем в интервале 1 й 620 нм, измеряют величину интегрального фотоэмиссионного тока Ез при облучении образца излучением 6 - поляризации.На фиг.4 представлены спектраль" ные зависимости интегральных фото- эмиссионных токов 1 р (М) и Ез (3) (кр вые 14 и 15) . По нэмеренньм зависимостям 11(1) н Е (1) вычисляют отношение 1(4) /Ез(1), приведенное на фиг.4, по которому определяют длину Волны Зщ р соответствующую максимальному значению отношенияИскомую величину энергии двумер-ных электронных эон поверхности металла Е находят по положению спектрального максимума отношения 1 (%) /Еа (Э) иэ соотношения Е мсЬ -- -, где с - скорость света,ф МВСЬ " постоянная Планка. В данном примере Фм450 нм, следова.тельно Е,2,75 эВ.Величина Е,2,75 эВ показывает .положение энергии двумерной электронной эоны поверхности Я (100) относи" тельно уровня вакуума (фиг.Э). Отно" сительная Ошибка определения величпы Е составляето8 ЕЕо Абсолютная погрешность определе" ния ЕравнаЕ = 0,02 эВ.Таким образом, изобретение обеспечивает улучшение на порядок точности определения энергии двумерных электронных эон поверхности металла. .В способе, согласно изобретению, производят регистрацию всех фотоэмитированных образцов электронов. Таким образом, чувствительность заявляемого способа Превышает чувстви-. тельйость прототипа напорядок.Дополнительньм преимуществом изобретения по сравненяо с известными техническими решениямн являются простота и доступность источников види . мого света для возбуждения фотоэмиссии,по сравнению с сннхротронным или рентгеновским излучением, Кроме тоГО,Способ определения энергии дву 15 мерных электронных зон поверхностиметалла, включающий формированиеатомарно-чистой поверхности образца вусловиях вакуума, нанесение на неесубмонослойной пленки щелочного. или 2 О щелочноземельного металла со сте"пенью покрытия 6 , лежащей в интер"вале 049(9 где 8, - степень покрытия, соответствующая минимумуработы выхода образца, облучение обраэ ца со стороны пленки монохроматическнм излучением под углом, лежащим,в интервале ОС 4 где , - уголБрюстера, с полярйзацией электрического вектора излучение в плоскости Зо падения излучения, измерение фотоэмиссионного тока и определение искомой величины расчетным путем, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности И чувствительности способа при одновременномего упрощении, облучение образца производят излучением видимой спектральной области, меняют длнну волны 1в интервале 169 где 1 - краснаяграница фотоэффекта 1 при каждом значении 9 измеряют величину интегрального фотоэмнсснонниго тока 11 (3),затем поворачивают плоскость поляризации излучения на 90, вновь меняядлину волны Ъ в интервале 1 с 9, прикаждом значении Я измеряют величинукинтегрального фотоэмнссионного токаЕз (Я ), вычисляют отношение 1 (Я ) /1 а 9)7находят положение его спектральногомаксимума 1 щвс н определяют искомуювеличину Е нз соотношения Еосв Ь - , где Ь - постоянная Планка;1 макс .- скорость света.1556463 ктор И. Максимов ЮЮВ 4 ВВФЭВМВВВ 4 Ю а 3 Ю аджарян ииецакт Кор Мфевай аф 4 ЙФ аз 3 о д. 45Ужгород, ул. Гага а, 10 Составитель И, ПетровичТехред . Л,Олиййьй Тиражрственного комитета по ивобретения 113035, Иосква, Ж, Раушская водственно-издательский комбинат "Патент й.