Metode şi tehnici de studiu a suprafeţelor curs opţional C7
Spectroscopia Low Energy Ion Scattering - LEISS Analiza cualitativa sau semi-cantitativa a compoyitiei suprafetei. Probleme cu cuantificarea; se pot afla direct doar informatii despre concentratia atomica relativa in stratul atomic ultim al suprafetei (uppermost/outermost layer).
Spectroscopia Low Energy Ion Scattering - LEISS E 1 energia ionilor imprastiati; E 0 energia ionului incident; M 1 masa ionului incident; M 2 masa atomului imprastietor; θ L - unghiul de împrastiere Fascicol incident: 3 kev 3 He + unghi de detectie = 135 0 Analiza cualitativa sau semi-cantitativa a compoyitiei suprafetei. Probleme cu cuantificarea; se pot afla direct doar informatii despre concentratia atomica relativa in stratul atomic ultim al suprafetei (uppermost/outermost layer).
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy In cazul unghiurilor de imprastiere θ L = 90 0 si θ L = 180 0 (backward scattering), ecuatia anterioara devine si mai simpla:
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy In cazul unghiurilor de imprastiere θ L = 90 0 si θ L = 180 0 (backward scattering), ecuatia anterioara devine si mai simpla: Performanta optima in privinta discriminarii masei este atinsa in cazul in care:
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy In cazul unghiurilor de imprastiere θ L = 90 0 si θ L = 180 0 (backward scattering), ecuatia anterioara devine si mai simpla: Performanta optima in privinta discriminarii masei este atinsa in cazul in care: Datorita probabilitatii foarte ridicate de neutralizare a ionilor incidenti prin impact cu atomii suprafetei, prin LEISS se obtin informatii despre natura ionilor doar din ultimul strat atomic al suprafetei.
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy Intensitatea curentului ionic detectat, I, se exprimă în funcţie de numărul atomilor de o anumită specie, N k, prin relaţia: I = K I p N k S P i W unde: S - sectiunea eficace de împrăştiere (= probabilitatea ca un ion incident să fie împrăştiat înspre detector, după ciocnirea cu un atom de specia k), I p curentul din fascicolul incident, P i probabilitatea ca un ion să rămână ne-neutralizat în urma ciocnirii, iar W unghiul solid de intrare al detectorului. Ecuatia de mai sus este folosită arareori pentru analiza cantitativă, deoarece parametrul P i este arareori cunoscut. Este necesară calibrarea instalatiei LEISS folosind probe etalon. Cel mai frecvent, LEISS se asociaza cu tehnici complementare.
Instrumentatie LEIS Schema instalatiei LEIS, folosind spectroscopia TOF pentru detectia particulelor imprastiate direct si invers. Nuclear Instruments and Methods, Vol. 162, 1979, p 587.
Principiul de funcţionare al TOF (spectrometrie de masa/energie TOF) t = D s 2eV m t = D m 2 E 1 2
Un spectrul LEIS demonstrand evolutia unui strat atomic ultim al suprafetei Ti pe masura formarii TiN.
Un spectrul LEIS demonstrand evolutia unui strat atomic ultim al suprafetei Ti pe masura formarii TiN.
TiN si LEIS. Nitrurarea stimulata de bombardamentul ionic Un spectrul LEIS demonstrand evolutia unui strat atomic ultim al suprafetei Ti pe masura formarii TiN. Evolutia cu presiunea a ariei picului Ti din spectrul LEIS al unei suprafete expuse unei atmosfere de N 2.
Intensity (cps/nc) 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 p O2 = 5 x 10-9 mbar N peak O peak Time (s) 2015 1860 1705 1550 1395 1240 1085 930 775 620 465 310 155 0 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Final energy (ev)
Substituţia N/O la suprafaţa Ti Intensity (cps/nc) 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 p O2 = 5 x 10-9 mbar N peak O peak Time (s) 2015 1860 1705 1550 1395 1240 1085 930 775 620 465 310 155 0 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Final energy (ev)
Substituţia N/O la suprafaţa Ti Intensity (cps/nc) 300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 p O2 = 5 x 10-9 mbar N peak O peak Time (s) 2015 1860 1705 1550 1395 1240 1085 930 775 620 465 310 155 0 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Final energy (ev)
Analizoare pentru particule incarcate. Lentile electrostatice sinα v n sin β = v = n 2 2 1 1 2 2 mv2 mv1 = + eu 2 2 2 mv1 eu0 = 2 sinα U = 1+ sin β U 0 Deflexia unui fascicol de electroni în camp electric uniform. Obs. 1. În ultima din cele 4 rel. de mai sus nu intervine raportul e/m! 2. Curbura traiectoriei este proporțională cu grad E. Lentilă electrostatică. (pentru calculul distanţei focale v. H. Lüth din lista de referinţe)
Lentile magnetice Utilizate pentru focalizarea particulelor de energie înaltă ω - independent de ϕ AC = 2π mv cosϕ eb Focalizarea fasciculelor de sarcini electrice în câmp magnetic: toate particulele care intră în regiunea de câmp prin A, sunt focalizate în C. Un exemplu de lentilă magnetică.
Elemente dispersive. Analizorul cu sectoare cilindrice E = U pol ln b a Analizorul cu sectoare cilindrice (ϕ max =118.6 - apertură Herzog) Circuitul de polarizare Cilindrul exterior, polarizat negativ, respinge electronii si asigura dispersia dupa energie a acestora. Există o singură valoare de trecere a energiei electronilor (cea care corespunde echilibrului forței coulombiene cu cea centrifugă traiectoria circulară). Electroni cu o anumita energie sunt selectati prin baleierea tensiunii de polarizare.
Analizorul cilindric (CMA) -V Eșantion Tun electronic e - Auger selectionati dupa energie Multiplicator de electroni E 0 = eu p 0.77ln b a E 0 - energia de trecere (pass energy) U p - tensiunea de trecere 2 2 di d I k I( E0 + ksin ω t) I0 + ksin t cos 2 t 2 de ω de 4 ω
Analizorul cu grile de frânare Analizorul emisferic 2 2 di d I k I( E0 + ksin ω t) I0 + ksin t cos 2 t 2 de ω de 4 ω Condensatori (4 plăci) pentru scanarea suprafeței
Analizorul emisferic Sistem de condensatori (4 plăci) pentru scanarea suprafeței