Исследование дифференциальных характеристик неупругого отражения электронов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Методика эксперимента

2.2. Обработка экспериментальных данных

3. ИНТЕНСИВНОСТЬ ПИКОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА НЕУПРУГО ОТРАЖЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ.

3.1. Введение.

3.2. Модель движения моноэнергетических групп электронов в твердом теле.

3.3. Расчет интенсивности пиков энергетического спектра

3.3.1. Отражение электронов от массивной мишени

3.3.1.1. Упругоотраженные электроны

3.3.1.2. Электроны, отраженные от мишени с дискретной потерей энергии

3.3.1.3. Оже-электроны

3.3.2. Отражение электронов от двухслойной мишени

3.3.2.1. Упругоотраженные электроны

3.3.2.2. Оже-электроны

3.4. Неупругое отражение электронов и его роль в образовании Оже-электронов

3.4.1. Экспериментальные и расчетные характеристики неупругого рассеяния электронов

3.4.2. Оценка вклада отраженных электронов в образование Оже-электронов при различных углах скольжения первичных электронов на мишень

3.5. Сравнение рассчитанных и экспериментально наблюдаемых измерений интенсивности пиков спектра НОЭ

3.5.1. Изменение интенсивности пиков при изменении стр углов падения первичных и регистрации отраженных электронов

3.5.1.1. Упругоотраженные электроны

3.5.1.2. Электроны, отраженные с дискретной потерей энергии.

3.5.1.3. Оже-электроны.

3.5.2. Зависимость интенсивности пиков спектра НОЭ от толщины слоя двухслойной мишени

3.6. Выводы

4. ВЛИЯНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ПЛАЗМ0Н0В НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ПИКОВ СПЕКТРА НЕУПРУГО ОТРАЖЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ

4.1. Введение.

4.2. Расчет интенсивности пиков энергетического спектра

4.2.1. Отражение электронов от массивной мишени

4.2.1.1. Упругоотраженные электроны

4.2.1.2. Электроны, отраженные от мишени с дискретной потерей энергии на возбуждение объемных каналов потерь.

4.2.1.3. Электроны, отраженные от мишени с дис1фетной потерей энергии на возбуждение поверхностных каналов потерь

4.2.1.4. Оже-электроны.

4.2.2. Отражение электронов от двухслойной мишени

4.2.2.1. Упругоотраженные электроны

4.2.2.2. Оже-электроны.

4.3. Определение длины свободного пробега электронов относительно неупругих взаимодействий в № . Проверка модели

4.4. Выводы.ИЗ

5. УПРУГОЕ ОТРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ ОТ НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ

МИШЕНЕЙ

5.1. Введение.

5.2. Особенности расчета

5.3. Зависимость *2(Ер31) при нормальном падении первичных электронов на мишень

5.4. Зависимость

5.5. Пространственное распределение упругоотраженных электронов.

5.6. Выводы .I2B

При облучении электронами поверхности твердого тела наблюдается целый ряд явлений: неупругое отражение электронов, вторичная электронная эмиссия, эмиссия рентгеновских лучей, дифракция электронов и многие другие, которые отражают многообразные процессы, протекающие при взаимодействии электронов с веществом. Исследование этих явлений расширяет наши знания о природе взаимодействия электронов с веществом и служит основой его целенаправленного применения в физике - для анализа состава, структуры и электронного состояния твердых тел и их приповерхностных слоев; в технике - для создания целого ряда приборов и устройств радиоэлектроники.

Неупругое отражение электронов относится к наиболее информативным явлениям, наблюдаемым при облучении вещества электронами. Неупруго отраженные электроны (НОЭ) выходят из мишени, испытав разное число упругих и неупругих взаимодействий. НОЭ, испытавшие единичное число рассеяний, по-видимому, могут служить источником информации об элементарных взаимодействиях электронов с веществом. Остальные НОЭ несут информацию уже не столько об элементарных актах, сколько об истории своего блуждания в мишени и способствуют воссозданию картины неупругого рассеяния электронов непосредственно в веществе, которая имеет важное прикладное значение. Желаемая информация может быть получена в результате совместного теоретического и экспериментального исследования характеристик НОЭ. Кинетика движения электронов в твердом теле, очевидно, отражается на таких характеристиках, которые определяются НОЗ, вышедшими после достаточно большого числа рассеяний. Это могут быть - количество, энергетический состав или пространственное распределение НОЭ. В зависимости от условий эксперимента эти характеристики НОЭ называются интегральными или дифференциальными. Следуя [I], дифференциальными характеристиками НОЭ мы будем условно называть такие зависимости, при вычислении которых нет необходимости интегрировать по какой-либо из переменных: углам, энергиям, толщинам. Дифференциальные характеристики можно исследовать экспериментально, например, измеряя количество НОЭ, вылетевших в узкий телесный угол, в узкий интервал энергии и т.д. Тонкой структурой на этих характеристиках проявятся НОЭ, испытавшие единичные взаимодействия и электроны, появившиеся в результате релаксационных процессов, например, Оже-электроны. Характеристики НОЭ исследовались с различной степенью детализации многими авторами и в настоящее время имеются определенные устоявшиеся физические представления о явлении неупругого отражения электронов [2-10].

Более чем полувековую историю имеют исследования кинетики движения электронов в твердом теле. Эти исследования подробно проведены в области энергий первичных электронов, примыкающих к верхней границе интервала средних энергий электронов, который,

Р ^ как условно принято, простирается от 10^ до ЮиэВ. В этой области и в области больших энергий электронов обосновано применяется модель "непрерывных потерь" [5,11,12] в качестве модели взаимодействия электронов в твердом теле. Справедливость модели подтверждена многочисленными экспериментами, расчетами и моделированием электронных траекторий в неупорядоченном веществе на ЭВМ [13-35]. При исследовании характеристик НОЭ была создана методика оценки кинетических величин, которые характеризуют процессы рассеяния электронов в веществе. Эта методика - анализ экспериментального материала на основе теоретического обобщения в рамках "приближения непрерывных потерь"- помогла выяснить многие особенности неупругого рассеяния первичных электронов в мишени.

При энергиях первичных электронов, примыкающих к нижней границе интервала средних энергий электронов, неупругое рассеяние электронов в веществе изучено хуже. Для этой области энергий нет простой теоретически обоснованной модели физического процесса, сложны прямые физические эксперименты (особенно при исследовании взаимодействия электронов со свободновисящими пленками) и встречаются значительные трудности при математическом моделировании электронных траекторий. В последние годы делались попытки распространить и на эту область энергий "приближение непрерывных потерь". При этом изучались, главным образом, интегральные и некоторые полудифференциальные характеристики НОЭ [15-17,24,36-40]. Эти характеристики оказались не очень чувствительными к деталям моделей движения электронов в твердом теле, применяемых разными авторами, например [15,39], и, как было показано в [40,41], слабо изменяются при варьировании параметров в сечении упругого рассеяния и законе торможения, используемых в "приближении непрерывных потерь". Для выяснения применимости модели непрерывных потерь в области средних энергий электронов необходимо, по-видимому, более детальное сравнение расчетных характеристик НОЭ с экспериментальными характеристиками, полученными со значительно большей степенью дифференциации (узкие интервалы углов вылета НОЭ, узкий интервал энергий вылетающих электронов, разные толщины).

Изучение тонких эффектов в явлении неупругого отражения электронов, связанных с единичными элементарными взаимодействиями или процессами релаксации возбужденных состояний, начинает свою историю с работ Рудберга (1929г.) и Лэндера (1953г.), которые впервые наблюдали, так называемую, тонкую структуру (ТС) энергетических спектров НОЭ - пики характеристических потерь энергии электронов (ХПЭЭ) и Оже-электронов. С тех пор были проведены многочисленные экспериментальные работы, в которых изучалось энергетическое положение и интенсивность пиков ТС энергетических спектров как отраженных, так и прошедших тонкие мишени электронов. В настоящее время значительный прогресс достигнут в понимании природы процессов ответственных за существование ТС на плавно изменяющихся характеристиках НОЭ. Установлена связь положения пиков ТС энергетического центра НОЭ с характеристиками мишени, в результате чего исследование энергетических спектров электронов - электронная спектроскопия - стало одним из наиболее эффективных методов изучения элементного состава, структуры и энергетического состояния приповерхностных слоев твердого тела. Широкое распространение получили дифракция медленных электронов и такие методы электронной спектроскопии как Оже-спектроскопия, спектроскопия характеристических потерь энергии, ионизационная спектроскопия, которые достаточно подробно рассмотрены в современных монографиях [4,42,43] и обзорных статьях [44-48].

История исследования интенсивности пиков ТС характеристик НОЭ может быть разделена на два периода: ранний и современный. Ранний период представлен многочисленными работами, в которых установлены основные закономерности изменения интенсивности пиков ХПЭЭ, наблюдаемых в различных экспериментах на "отражение" и "прохождение" электронов. Эти закономерности подробно рассмотрены в монографиях и обзорных статьях, например [3,4,49-51]. В этот период была установлена возможность получения качественно новой информации о вероятности элементарных взаимодействий электронов с веществом путем исследования интесивности пиков ХПЭЭ в экспериментах по прострелу тонких пленок электронами достаточно высоких энергий (Ер> 50 кэВ). В [52], например, было показано, что угловое распределение упругоотраженных тонкой мишенью электронов может быть использовано для оценки дифференциального сечения упругого рассеяния электронов свободными атомами. Исследование интенсивности кратных пиков ХПЭ электронов, прошедших мишени различной толщины, как известно [3,49], дает возможность определить длину свободного пробега электронов относительно одного из элементарных неупругих взаимодействий - возбуждения объемного плазмона в твердом теле.

К современному периоду исследования интенсивности пиков ТС можно отнести последнее десятилетие. Его характерной особенностью является бурное развитие техники регистрации энергетического распределения электронов. Повышение чувствительности и точности измерений электронных спектров открыло новые возможности и перспективы исследования НОЭ. Значительно расширился круг изучаемой на энергетическом спектре НОЭ тонкой структуры. Наиболее широкое распространение получила Оже-спектроскопия и, как следствие, произошел резкий сдвиг в сторону исследования интенсивности Оже-пиков, которая, возможно, сможет быть интерпретирована в выражениях концентрации элементов и их распределения в приповерхностном слое мишени. Методы количественного Оже-анализа рассмотрены в ряде монографий и обзорных статей [42-45,53,54], из которых следует, что в настоящее время анализ элементного состава поверхности твердого тела проводится в большинстве случаев на качественном и полуколичественном уровне. Одним из перспективных методов количественной Оже-спектроскопии является метод, основу которого составляет уравнение для тока Оже-эмисеии. Вид этого уравнения определяется теми модельными предположениями о характере взаимодействия моноэнергетических групп электронов в твердом теле, которые используются при его выводе, а точность количественного анализа определяется, очевидно, тем, насколько полно в модели учтены факторы, влияющие на интенсивность Оже-пи-ка. Для проведения количественного анализа с использованием известных из литературы уравнений Оже-эмиссии необходимо с требуемой точностью знать параметры модели, определяющие сечение ионизации., длину свободного пробега Оже-электронов относительно неупругих взаимодействий, вклад НОЭ в образование Оже-электро-нов и эффективное ослабление первичного пучка электронов в зоне выхода Оже-электронов. Необходимо также уметь точно измерять абсолютные значения тока Оже-электронов. В настоящее время, как указывается в [54], расчетные и экспериментальные значения Оже-токов согласуются лишь по порядку величины. Различие экспериментальных и расчетных значений токов Оже-электронов может быть обусловлено рядом причин, а именно: I) неточностью экспериментальных данных; 2) неадекватностью модели, используемой при выводе уравнения Оже-эмиссии; 3) неточностью параметров модели; и др.

Из [43] следует, что длина свободного пробега электронов относительно неупругих взаимодействий, характеризующая глубину приповерхностной области твердого тела, к которой относится информация, получаемая различными методами электронной спектроскопии, является самой неопределенной величиной. Это может быть обусловлено влиянием на энергетические потери электронов возбуждения поверхностных плазмонов, что отмечалось в [43,55]. До сих пор возбуждение поверхностных плазмонов исключалось из моделей взаимодействия электронов в твердом теле, используемых в электронной спектроскопии при оценке длины свободного пробега электронов относительно неупругих взаимодействий [56-58], при определении неразрушающим способом профиля концентрации элементов в приповерхностном слое твердого тела [59-61] и др. В этой связи необходима экспериментальная проверка возможности описания интенсив-ностей Оже-пика и других пиков ТС в рамках существующих модельных представлений о взаимодействии электронов в твердом теле.

В настоящее время, насколько нам известно, такое сравнение экспериментальных и расчетных интенсивностей пиков ТС энергетического спектра НОЭ проведено лишь для Оже-пиков [62-64]. В этих работах сравнивались рассчитанные с использованием упрощенной модели взаимодействий и экспериментально измеренные дифференциальные характеристики, описывающие изменения интенсивности Оже-пика при изменении угла падения первичных электронов и угла эмиссии Оже-электронов. При определенном подборе параметров модели было обнаружено качественное согласие расчетных и экспериментальных характеристик. Однако, авторы работ [62-64] использовали чрезмерно упрощенную модель взаимодействий электронов, в которой не учтен даже фактор, влияние которого на интенсивность Оже-пика установлено. Этот фактор - вклад НОЭ в образование Оже-электронов, который может быть значительным [44] и который необходимо учитывать, например, при интерпретации зависимости интенсивности Оже-пика энергетического спектра НОЭ от толщины слоя двухслойной мишени [65].

На интенсивность пиков ТС, в том числе и Оже-пика, могут влиять и другие факторы, в частности, упругое рассеяние электронов в мишени. Влияние этого фактора на толщинные и угловые зависимости интенсивности пиков ТС может быть заметным, во всяком случае, это следует из теоретических оценок [66,67], сделанных в приближениях изотропного и Томаса-Ферми упругого рассеяния, которые, однако, могут быть и ошибочными, так как используемые приближения не справедливы при энергиях электронов 100 эВ ^ Е 4 4 1500 эВ наиболее широко используемых в электронной спектроскопии.

Кроме того, как отмечается в [62], возможен еще и аппаратурный фактор, который может искажать экспериментально измеренные зависимости интенсивности Оже-пика от угла падения первичных и угла эмиссии Оже-электронов. К сожалению, авторы работ [62-64] не уделили должного внимания анализу возможного влияния этого фактора на результат сравнения экспериментальных и расчетных характеристик.

Таким образом, наблюдаемое в Г62-64] качественное согласие расчетных и экспериментальных дифференциальных характеристик, описывающих изменение интенсивности Оже-пика при изменении угла падения первичных электронов и угла эмиссии Оже-электронов, свидетельствует, по нашему мнению, скорее об эффекте компенсации различных факторов, влияющих на интенсивность Оже-пика, чем о справедливости упрощенной модели и правильном выборе значений ее параметров. Следовательно, интенсивность Оже-пика не может служить надежным источником информации при изучении особенностей неупругих взаимодействий электронов в приповерхностном слое мишени, так как существуют еще и другие плохо изученные факторы, влияющие на интенсивность Оже-пика. В связи с этим, перед исследователями, работающими в области электронной спектроскопии, стоит задача получить более детальные данные по интенсивности пиков тонкой структуры различной природы в эмиссионных спектрах электронов, которые можно было бы использовать для проверки справедливости модели взаимодействия электронов в твердом теле и определения параметров, характеризующих отдельные ее положения.

В настоящей работе исследуются дифференциальные характеристики НОЭ, представляющие собой распределения по энергии регистрируемых в узкий телесный угол отраженных электронов при разных углах их выхода и разных углах падения первичных электронов на массивную и двухслойную мишени. Целью этих исследований является выяснение возможности применения дифференциальных характеристик НОЭ для проверки справедливости модельных предположений о характере взаимодействия электронов в твердом теле, используемых при описании кинетики движения электронов в твердом теле, и при разработке количественных методов электронной спектроскопии. В связи с этим в диссертации были поставлены следующие задачи, решение которых выносится на защиту:

1).Экспериментальное исследование при энергии первичных электронов 0,1-10,0 кэВ дифференциальных энергетических распределений отраженных электронов при разных углах их выхода и разных углах падения первичных электронов на массивные и двухслойные поликристаллические и аморфные мишени;

2).Разработка методов экспериментальной оценки параметров моделей, используемых в электронной спектроскопии, и описывающих: а) вклад неупруго отраженных электронов в образование Оже-электронов — Е^ъ) ) б) эффективность первичного пучка относительно образования Оже-электронов в зоне их выхода - ) в) длину свободного пробега электронов относительно неупругих взаимодействий - До ; г) длины неупругих взаимодействий электронов для возбуждения объемного Хм и поверхностного А 5 плазмонов, а также глубину локализации поверхностного плазмона с1$.

3).Определение значений перечисленных выше параметров для некоторых веществ.

При решении поставленной задачи мы полагаем, что наши экспериментальные данные определяются физическими параметрами процессов взаимодействия электронов в твердом теле и их значения можно извлечь из результатов измерений, используя метод модельных расчетов. Взаимодействие электронов в твердом теле описывается моделью с приемлемыми параметрами. Затем вычисляются необходимые интенсивности и проводится сравнение с экспериментом. Параметры модели варьируются до тех пор, пока не будет достигнуто наилучшее согласие расчета и эксперимента. Полученные таким образом значения параметров сравниваются с их теоретическими оценками, а в тех случаях, когда это возможно, и с экспериментальными значениями этих параметров, полученными другими авторами при других условиях эксперимента.

Научная новизна состоит в том, что впервые:

1. В диапазоне энергий первичных электронов 0,1-10,0 кэВ для мишеней различного атомного номера (Be, М » % , Мо , Л^ и и ) проведено экспериментальное исследование закономерностей изменения общего вида и интенсивности пиков упругоотраженных электронов, ХПЭЭ и Оже-электронов энергетических распределений НОЭ, регистрируемых в узкий телесный угол при разных углах падения первичных и выхода отраженных электронов.

2. Оценен вклад НОЭ в образование Оже-электронов при разных углах падения первичных электронов на мишени из Е>е , № иЙ и при разных энергиях первичных электронов.

3. Продемонстрирована необходимость учета в количественной Оже-спектроскопии параметра, характеризующего изменение эффективности первичного пучка относительно ионизации атомов мишени в зоне выхода Оже-электронов, при разных углах падения первичных электронов на мишень.

4. По зависимости интенсивности пика упругоотраженных электронов, регистрируемых в узкий телесный угол от толщины внешнего слоя двухслойной мишени определены значения длины свободного пробега электронов относительно неупругих взаимодействий для % в диапазоне энергий электронов 0,6-10,0 кэВ.

5. Рассмотрена модель неупругих взаимодействий электронов в твердом теле, учитывающая потери энергии на возбуждение поверхностных плазмонов. Установлено влияние возбуждения поверхностных плазмонов на интенсивность пиков тонкой структуры в спектре НОЭ. Разработан метод определения и определены параметры, описывающие возбуждение поверхностных плазмонов в А6 в диапазоне энергий электронов 100-1500 эВ.

6. Разработан метод определения длины свободного пробега электронов относительно возбуждения объемного плазмона по интенсивности пиков ХПЭЭ энергетического спектра НОЭ. Указанным методом определены значения ^ для № в диапазоне энергий электронов 100-1500 эВ.

7. Рассчитаны количественные характеристики упругого отражения электронов от неупорядоченных мишеней на основании наших модельных предположений о взаимодействии электронов в веществе. Проведено сравнение рассчитанных характеристик с экспериментальными, известными из литературы в интервале энергий первичных электронов 100-1500 эВ.

Практическая ценность работы заключается:

- в возможности использования разработанной в работе модели взаимодействия электронов в твердом теле для создания количественных методов оценки элементного состава и локализации атомов в приповерхностных слоях твердого тела;

- в возможности использования оцененных в работе значений параметров, характеризующих отдельные положения модели;

- в возможности применения используемого в работе метода модельных расчетов для изучения факторов, влияющих на интенсивность пиков ТС энергетического спектра НОЭ.

По результатам работы имеется акт об их внедрении в учебный процесс.

По материалам диссертации сделано II докладов на XIII (Моеква, 1968), Х1У (Ташкент, 1970), ХУ1 (Махачкала, 1976) и ХУП (Ленинград, 1978) Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике, на I (Москва, 1975), III (Москва, 1978), 1У (Ленинград, 1981) и У (Рязань, 1983) Всесоюзных симпозиумах по вторичной и фотоэлектронной эмиссии, на I Всесоюзной школе по электронной Оже-спектроскопии (Сухуми, 1982).

Результаты исследований опубликованы в II статьях во всесоюзных, республиканских и международных журналах:"Физика твердого тела", "Известия АН СССР", "У|фаинский физический журнал", " Зи?-fa.ce SUen.ce ", общим объемом 4.0 печатных листа.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы.

5.6. Выводы

На основе разработанных нами моделей движения моноэнергетических групп электронов в твердом теле (типа сжатого газа) численно рассчитаны энергетические, угловые и пространственные характеристики упругого рассеяния электронов.

Показано, что использование сечения упругого рассеяния Финка [68-70] и учет потерь энергии на возбуждение поверхностных плаз-монов [Юб] дает возможность получить удовлетворительное качественное согласие с имеющимся в литературе экспериментом. Наблюдаемые количественные различия связаны, с одной стороны, с возможным влиянием шероховатости, неадекватностью сечения &(<?) , дифракционными эффектами, а с другой стороны, с недостаточной точностью экспериментальных данных, о чем свидетельствует большой разброс экспериментальных данных даже для одного и того же вещества.

Характерные особенности вида пространственного распределения упругоотраженных электронов, качественно коррелирующие с видом рассчитанного сечения упругого рассеяния электронов атомами мишени, позволяют утверждать, что пространственное распределение может быть использовано для разработки новой разновидности количественной электронной спектроскопии, основанной на спектроскопии упругоотраженных электронов.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

I. На основе исследований дифференциальных характеристик НОЭ, представляющих собой распределения по энергии регистрируемых в узкий телесный угол отраженных электронов при разных углах их выхода и разных углах падения первичных электронов на массивную мишень показано, что общий вид дифференциальных энергетических распределений НОЭ при малых энергиях первичных электронов Ер представляет собой (при исключении пиков тонкой структуры) монотонно изменяющиеся кривые. При возрастании Е^, начиная с определенной для каждого вещества энергии первичных электронов, на энергетическом распределении отраженных электронов появляется максимум в области 0 Е/Ер)*. I, положение которого зависит от атомного номера вещества мишени. Энергия первичных электронов, при которой на энергетическом спектре НОЭ в области Ос Е С I появляется максимум, и положение этого максимума зависит от углов скольжения первичных и выхода отраженных электронов. Относительная доля электронов, испытавших различные потери энергии при отражении, средняя и наиболее -вероятная энергии НРЭ заметно изменяются при изменении углов падения первичных и выхода отраженных электронов, энергии первичных электронов, атомного номера вещества мишени. В связи с этим, сравнение экспериментальных и рассчитанных энергетических распределений НОЭ позволяет более детально проверить модельные предположения о взаимодействии электронов в твердом теле, используемые при их расчете. Сравнение экспериментально измеренных и рассчитанных методом Монте-Карло в приближении непрерывных потерь энергии дифференциальных энергетических распределений НОЭ показало, что модель непрерывных потерь может быть использована для расчета характеристик НОЭ в диапазоне энергий первичных электронов 2,0 кэВ^Ер^20,0 кэВ.

- 130

2. Использование расчетных характеристик НОЭ, полученных на основе модели непрерывных потерь методом Монте-Карло, позволило оценить фактор обратного рассеяния, характеризующий вклад НОЭ в образование Оже-электронов. Оценка показала, что при малых и Ep/Ei > 5 вклад НОЭ в образование Оже-электронов практически не зависит от атомного номера вещества мишени и составляет, примерно, 30$ от общего числа Оже-электронов. Увеличение oi приводит для тяжелых веществ к возрастанию, а для легких веществ - к уменьшению вклада НОЭ в образование Оже-электронов. Показано, что пространственное распределение НОЭ является фактором, заметно влияющим на оценку вклада НОЭ в образование Оже-электронов.

3. На основе сравнения экспериментальных и рассчитанных дифференциальных характеристик, определяющих интенсивности пиков упругоотраженных электронов, ХПЭЭ и Оже-электронов ( в энергетическом спектре отраженных электронов, регистрируемых в узкий телесный угол & SI ) при разных углах падения первичных и выхода отраженных электронов показано, что указанные характеристики дают возможность установить справедливость модельных предположений о характере взаимодействий электронов в твердом теле, используемых при расчете. Показано, что методика регистрации в узкий телесный угол aSI энергетического распределения электронов отраженных от массивных и двухслойных мишеней дает возможность определять параметры, характеризующие вероятность неупругих взаимодействий электронов в твердом теле, а именно: длины свободного пробега электронов относительно неупругих взаимодействий в "объеме" Аогг и приповерхностной части мишени Aos , длину свободного пробега электронов относительно возбуждения объемного плазмона Atr , длину свободного пробега электронов относительно возбуждения поверхностного плазмона As и его глубину локализации c/s .

4. По зависимости интенсивности пика упругоотраженных электронов, регистрируемых в узкий телесный угол, от толщины слоя двухслойной мишений впервые определены значения длины свободного пробега электронов относительно неупругих взаимодействий в % .

5. По относительным интенсивности пиков ХПЭ электронов отраженных от массивных алюминиевых мишеней впервые определены длины свободного пробега электронов относительно возбуждения объемного Атг и поверхностного А^ плазмонов, а также глубина локализации поверхностного плазмона с/ь . В диапазоне энергий о о электронов 70 эВ^Е^1500 эВ \тг изменяется от 12 А до 55 А, 0 0,

Аб - от 3 А до 12 А, а аъ практически не зависит от энергии о первичных электронов и равна 0,9 А.

6. Характерные особенности вида пространственного распределения упругоотраженных электронов качественно коррелируют с видом рассчитанного сечения упругого рассеяния электронов атомами мишени. Они могут быть использованы для разработки новой разновидности электронной спектроскопии, основанной на спектроскопии упругоотраженных электронов.

Я искренне благодарен моему научному руководителю Н.Г.НАХОД-КИНУ за предложенную тематику работы, постоянный интерес, поддержку и огромную помощь на всех этапах ее выполнения.

С чувством большой симпатии я обращаю саше теплые слова благодарности всему коллективу лаборатории за дружескую атмосферу и полезные дискуссии.

- 132

1. Находкин Н.Г. Взаимодействие электронов средних энергий с тонкими слоями вещества.- Вестник Киевского университета, сер.физ., 1970, №11, с.44-49.

2. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника.- М.: Наука, 1966, 564с.

3. Бронштейн И.М., Фрайман B.C. Вторичная электронная эмиссия.- М. : Наука, 1969, 408с.

4. Шульман А.Р., Фридрихов С.А. Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела.- М. : Наука, 1977, 552с.

5. Sethe H.A., Rose М.Е., Smith L.P«, The multiple scattering of electrons.- Rroc» Amer. Ehil. Soc., 1958, 78, No4, p.573-585.

6. Tummel H.W. Zur Theorie der Rückstreuung Monoenergetischer Electronen.- Z. Ehys., 1964, 179, No2, p.116-147,

7. Мотт H., Месси Г. Теория атомных столкновений.- М. : Мир, 1969, 756с.

8. Месси Г., Бархоп Е. Электронные и ионные столкновения.- М. : Изд-во иностр. лит., 1958, 353с.

9. Кнол Г., Пауль В. Взаимодействие электронов и -частиц с веществом.- В кн.: Альфа, вета и гамма-спектроскопия /Под ред. К.Зигбана.- М. : Атомиздат, 1969, вып.1, с.25-95.

10. Бете Ганс А., Ашкин Ю. Прохождение излучения через вещество.- В кн.: Экспериментальная ядерная физика / Под ред. Е.Сег-ре.- М. : Изд-во иностр. лит., 1955, т.1, с.141-297.

11. Lewis H.W« Multiple Scattering in on Infinite Medium.- Ehys. Rev., 1950, 78, N05, p.526-529.

12. Bethe H.A. Zur Theorie des Durchgangs Schneller Korpuskulas-trahlen Durch Materie.- Ann. Phys., 1950, 5, No3, p.325-400,

13. Косарев Ю.Г. Моделирование неупругого рассеяния электронов методом Монте-Карло.- В кн.: Вычислительные системы. Новосибирск. : Наука, 1968, вып.30, с.34-40.

14. Головяшкина Л.В. 0 методике прямого моделирования случайных процессов.- В кн. : Вычислительные системы. Новосибирск. : Наука, 1968, вып.57, с.137-148.

15. Головяшкина Л.В., Находкин Н.Г. Прямое моделирование неупругого рассеяния электронов.- В кн.: Вычислительные системы. Новосибирск. : Наука, 1972, вып.52, с.5-21.

16. Головяшкина Л.В., Косарев Ю.Г., Находкин Н.Г. Пространственное распределение отраженных электронов.- В кн.: Вычислительные системы. Новосибирск. : Наука, 1973, вып.56, с.130-135.

17. Головяшкина Л.В., Косарев Ю.Г., Находкин Н.Г. Прямое моделирование неупругого рассеяния электронов. Особенности углового распределения.- Изв. АН СССР, сер.физ., 1973, 37, №12, с. 2480-2487.

18. Находкин Н.Г., Остроухов A.A., Романовский В.А.,Неупругое рассеяние электронов в тонких пленках.- ФТТ, 1962, 4, №6, с.I5I4-I524.

19. Находкин Н.Г., Остроухов A.A., Романовский В.А. Влияние атомного фактора экранирования на неупругое отражение электронов.- ФТТ, 1965, 7, №4, с.1256-1259.

20. Остроухов A.A., Находкин Н.Г. Приближенное аналитическое выражение для пробега частиц, тормозящихся по закону Бете.-Радиотехника и электроника, 1965, 10, №3, с.522-529.

21. Остроухов A.A. Анализ неупругого рассеяния электронов средних энергий в приближении непрерывных потерь энергии.- ФТТ, 1967, 9, №6, с.1744-1754.

22. Green М»А# A Monte-Carlo Calculation of the Spatial Distribution of Characteristic X-ray Production in a Solid Tar- 134 get.- Broc. Phys. Soc., 1963, 82, pt 2, No526, p.204-215.

23. Bishop H.E. A Monte-Carlo Calculation of the Scattering of Electron in Copper.- Proc. Phys. Soc., 1965, 85, pt 5,1. No547, p.855-866.

24. Bishop H.E. Electron scattering in thick targets.- Brit. J. Appl. Phys., 1967, 18, p.703-715.

25. Murata E., Matsukawa T., Shimizu R. Monte-Carlo Calculation on Electron Scattering in a Solid Targets.- Jap. Journ, Appl. Phys., 1971, 10, N06, p.678-686.

26. Shimizu R., Murata E. Monte-Carlo Calculation of the Electron-Sample Interactions in the Scanning Electron Microscope.- J. Appl. Phys., 1971, 42, Nol, p.587-394.

27. Shimizu R., Everhart T.E., Mollenstedt A. Monte-Carlo Simulation of the Energy Dissipation of an Electron Beam in an Organic Specimen.- Optik, 1972, 36, p.59-65*

28. Murata E., Matsukawa 0?., Shimizu R. Study on the resolution of the backscattered electron imageby the Monte-Carlo method.- Japan Journ. Appl. Ehys., 1971, 10, №>9, p.I290-I29I.

29. Shimizu R., Murata E. Monte-Carlo calculation of the electron sample interaction in scanning electron microscope.-J. Appl. Phys., 1971, 41, NoI, p.987.

30. Everhart T.E. Simple Theory Concerning the Reflection of Electron from Solids.- J. Appl. Phys., I960, 31, N08, p.1483 -1490.

31. Cosslett Y.E., Thomas R.H. Multiple scattering of 5-30 kev electron in evaporated metal films. Scattering and absorb-tion.— Brit.,J. Appl. Phys., 1965, 16, p.779-786.

32. Eanter H. Zur Ruckstreuung von Electronen im Energiebereich von 10 bis 100 kev.- Ann. Phys., 1957, 20, p.144-166.

33. Eulenkampf H., Spyra W. Energieverteilung R^ckdiffundierter

34. Electronen.- Z. Pbys., 1954-, 157, No4, p.4I6-425.

35. Каничева И.P., Павлова А.А. Рассеяния электронов в тонких пленках меди и золота.- ФТТ, 1966, 8, №5, с.1641-1644.

36. Kulenkampf Н., Eiittiger К. Undersuchungen der Energieverteilung Biickdiffundierter Electronen an Dunnen Metallschichten.- Z. Phys., 1958, 152, No2, p.249-260.

37. Головяшкина JI.В., Находкин Н.Г. Прямое статистическое моделирование процессов взаимодействия электронов средних энергий с двухслойными мишенями.- Укр.физ.ж., 1977, 22, №6, с.1005-1010.

38. Находкин Н.Г. Взаимодействие электронов и электромагнитного излучения с веществом : Отчет в 6-ти томах.- Киев, КГУ, 1980, инв.№ Б 903594.- т.2, 152с.

39. Смоляр В.А. Диффузионная теория обратного рассеяния и проникновения электронов в полубесконечную мишень, не содержащая подгоночных параметров.- Радиотехника и электроника, 1979, 24, №9, с.1812-1819.

40. Eeimer L. Monte-Carlo method of electrons diffusion calculation.- Optik, 1968, 27, No2, p.86-96.

41. Mc Donald Т.Е., Lamki A.M., Delaney C.P.G. The attenuation and backscattering of electron beams by thin films.- J, Bays. Ds Appl. Phys., 1971, 4, p.I2I0-I22I.

42. Kotera M., Murata K., Nagami K, Monte-Carlo simulation of I-10 kev electron scattering in an aluminium target.- J. Appl, Phys., 52, No12, p.740^-7408.

43. Методы анализа поверхностей / Под ред. А.Зандерны.- М. : Мир, 1979. 580с.

44. Применение электронной спектроскопии для анализа поверхности / Под ред. Х.Ибаха.- Рига : Зинанте, 1980. 315с.

45. Кораблев В.В. Электронная Оже-спектроскопия.- Л. : Изд-во- 136

46. ЛГ1И им.М.И.Калинина, 1973, 62с.

47. Кораблев В.В. Электронная спектроскопия поверхности твердого тела,- Итоги науки и техники. ВИНИТИ. Электронная спектроскопия и ее применение. 1980, 12, с.3-42.

48. Гомоюнова М.В. Вторично-электронная спектроскопия поверхности твердого тела.- ЖТФ, 1976, 46, №6, с.1137-1170.

49. Гомоюнова М.В. Электронная спектроскопия поверхности твердого тела.- УФН, 1982, 136, №1, с.105-148.

50. Находкин Н.Г., Мельник П.В., Коваль И.Ф. Ионизационная спектроскопия поверхности твердого тела.- Поверхность. Физика, химия, механика, 1982, №10, с.1-14.

51. Характеристические потери энергии электронов в твердых телах / Сб. статей под ред. А.Р.Шульмана.- М. : Изд-во иностр лит., 1959.- 270с.

52. Powell C.J, Characteristic Energy Losses of 8-kev Electrons in liquid Al, Bi, In, Ga, Mg and Au.- Phys. Rev., 1968, 175, No3, p.972-982,

53. Thirwell J. The Characteristic Energy Losses of Slow Electrons Reflected from Aluminium, Germanium, Copper and Gold, Pcoc. Phys. Soc,, 1967, 91, No5, 552-564.

54. Matz J.W., Placions R.C., Dick C.E, Coulomb Scattering without Atomic Excitation for 50-, IOO- and 400-kev Electrons.-Phys. Rev., 1963, 152, No6, p.2558-2561,

55. Запорожченко В.И. Применение метода электронной Оже-спект-роскопии для количественного анализа химического состава твердого тела.- Электронная промышленность, 1978, 11-12, с.36-47.

56. Holloway Р*Н, Quantitative Auger electron spectroscopy -problems and prospects,- Scanning Electron Microscopy, 1978, I, p.561-574.- 137

57. Powell C.J. Attenuation lengths of low-energy electrons in solids.- Surf. Sci., 1974, 44, P.29-46.

58. Shelton J.C. Orientation dependence of overlayer attenuation of electrons for the cylindrical mirror analyzer and a retarding field analyzer.- J. Electron Spectrosc, Related Phenom., 1974, 3, p.417-425.

59. Powell C.G., Stein JR. J., Needham P.B., Driscoll T.J. Attenuation lengths of low-energy electrons in solids derived from the yield of proton-excited Auger electrons : beryllium and aluminum.- Phys. Rev. В., 1977, 16, No4, p.1370-1379.

60. Запорожченко В.И., Калафати Ю.Д., Кухаренко Ю.А., Сергеев В.М. Определение длины пробега электронов в кремнии в диапазоне энергий от 50 до 1000 эВ.- Изв. АН СССР, сер.физ. 1979, 43, №9, с.I9I9-I922.

61. Watanabe К,, Hashiba M., Yamashina T. A quantitative analysis of Surface segregation and in-depth profile of copper-nickel alloys.- Surf. Sci., 1976, 61, p.485-490.

62. Pijolat M., Hollinger G. Hew depth-profiling method by angular-dependent X-ray photoelectron spectroscopy.- Surf. Sci., 198I, 105, p.114-128.

63. Yawasaki E., Nishitani R., Nakamura S, Determination of Depth Profiles by Angular Dependent X-Ray Photoelectron Spec tra.- Jap. Journ. Appl. Phys., 1978, 17, No9, p.77-9?.

64. Harris L.A. Angular distribution in electron excitation of Auger-emission.- Surf. Sci., 1978, 72, p.55-60.

65. Matsudaira T., Onchi M., Angular distributions of Auger electron emission.- Surf. Sci., 1978, 72, p.53-60.

66. Duc B.M. Theorie de la dependence angulaire de l'émission électronique des surfaces polycristallines sous bombardement électronique.- Vide, couches minces, 198I, 36, No205, p.I5I

67. Tokutaka H., Nishimori K., Takashima K. Comments oil monolayer over-growth observed "by an Auger-electron spectroscopy experiment,- Surf. Sci., 1977, 66, p.659-664.

68. Seah M.P., Dench W.A. Quantitative Electron Spectroscopy of Surfaces: A Standard Data Base for Electron Inelastic Mean Free Paths in Solids.- Surfaces and interface analysis, 1979, I, Nol, p.2-II,

69. Fink M., Gates A.C. Theoretical electron scattering amplitudes and spin polarization.- Atomic data, 1970, I, p.385-456.

70. Fink M., Ingram J. Theoretical electron scattering amplitudes and spin polarization.- Atomic data, 1972, 4, p.129-207.

71. Gregory D., Fink M. Theoretical electron scattering amplitudes and spin polarization.- Atomic data and nuclear data tables,-1974, 14, p.39-87.

72. Penn D.R. Quantitative chemical analysis by ESCA.- J. Elec-tronen. Spectrosc., 1976, 9, p.29-40.

73. Lander J.J. Auger peaks in the energy Spectra of secondary electrons from varions materials.- Phys. Rev., 1955» 91» No6, p.1582-1585.

74. Harrower G.A. Energy spectra of secondary electrons from molibdenum and tungsten for low primary energies.- Phys. Rev., 1956, 104, Nol, p.52-55.

75. PyflynK A.T. Odpotfna encnepHMeHTajibHoI lH$opMaLiII m ELpL- 139

76. Ки1в : Наукова думка, 1976, 320с.

77. Trooster J.M., von Attekum P.M. Th.M. Bulk- and surface-plasmon-loss intensities in photoelectron, Auger and electron-energy-loss spectra of A1 metal.- Phys. Rev. В., 1978»18, No8, p.3872-3882.

78. Bendorf C., Keller G., Scidel H. and Thieme F. ELS Investigations of the begining oxidation on aluminum thin films. -Surf. Sci., 1977, 67, p.589-595.

79. Bishop H.E., Riviere J.C. Estimates of the Efficiencies of Production of Electron-Excited Auger Emission.- J. Appl. Phys., 1969, 40, No4, p.1740-1744.

80. Jablonski A. Estimation of backscattering factor for low atomic number elements and their alloys,- Surf. Sci., 1978, 74, p.621-635.

81. Gallon Т.Е. Estimation of backscattering infuence in electron-excited Auger-spectra.- J. Phys. D. : Appl. Phys., 1972, 5, p.822-832.

82. Gerlach R.L., DuCharme A.R, Inner shell ionization of surface atoms by electron impact.- Surf. Sci., 1972, 29, Nol, p.317-527.

83. Крынько 10.H., Мельник П.В., Находкин Н.Г. Энергетические спектры электронов с энергией 0,4-12 кэВ, упруго и неупруго отраженных пленками некоторых веществ.- Изв. АН СССР, сер.физ., 1969, 33, №3, с.481-488.

84. Крынько Ю.Н., Мельник П.В., Находкин Н.Г., Черний Б.С. Энергетическое и угловое распределение электронов, неупруго отраженных слоем бериллия.- Укр.физ.ж., 1971, 16, №5, с.808-811.

85. Бронштейн И.М., Стожаров В.М., Пронин В.П. Угловое и энергетическое распределение электронов, неупруго отраженных оттвердых тел,- ФТТ, 1971, 13, №11, с.3359-3365.

86. Бронштейн И.М., Стожаров В.М., Пронин В.П. Угловое распределение неупруго отраженных электронов.- ФТТ, 1972, 14,с. 1083-1086.

87. Большов В.Г., Панченко О.А. Измерение распределения вторичных электронов по энергиям.- Приборы и техника эксперимента, 196I, №6, с.108—110.

88. Бронштейн И.М., Коваленко B.C.»Распределение по энергиям неупруго рассеянных электронов в твердых телах.- ФТТ, 1962, 4, №8, с.2047-2049.

89. Бронштейн И.М., Денисов С.С. Распределение по энергиям неупруго рассеянных электронов в твердых телах при наклонном падении первичного пучка.- ФТТ, 1965, 7, с.2252-2254.

90. Гомоюнова М.В., Летунов Н.А. Энергетические спектры быстрых электронов, эмиттируемых щелочно-галоидными соединениями.-ФТТ, 1965, 7, с.2995-2996.

91. Крынько Ю.Н., Мельник П.В., Находкин Н.Г. Неупругое отражение электронов и его роль в образовании Оже-электронов.-Изв. АН СССР, сер.физ., 1976, 40, №2, с.2505-2511.

92. Riviere J.С. Auger Electron Spectroscopy.- Contemporary Phys., 1973, 14, No4, p.537-552.

93. Penn D.R. Electron attenuation lengths for free-electron like metals.- J. Vac. Sci. Technol., 1976, 13, Nol, p.221-223.

94. Penn D.R. Electron mean free paths for free-electron-like materials.- Phys. Rev. В., 1976, 13, NoI2, p.5248-5254.

95. Akkerman J.C., Chernov G.Ya. Mean free paths by inelastic interactions, stopping powers, and energy straggling for electrons of energies up to 20 keV in various solids.- Phys. Stat. Sol. (Ъ), 1978, 89, p.329-333.- 141

96. Ashley J.С,, Tung C.J., Ritchie И.Ж. Electron inelastic, mean free paths and energy losses in solide I.- Surf. Sci,, 1979» i, p.409-426.

97. Tung C.J., Ashley J.C., Ritchie R.N. Electron inelastic mean free paths and energy losses in solids II.- Surf. Sci.,1979, 81, p.427-439.

98. Городецкий Д.А. Отражение медленных электронов от поверхности чистого и покрытого тонкими пленками вольфрама.- ЖЭТФ, 1958, 34, М, с.7-10.

99. Крынько Ю.Н., Коваль И.Ф., Мельник П.В. Длина пробега электронов без потерь энергии в германии.- Укр.физ.ж., 1975, 20, №3, с.508-510.

100. Koval I.P., Krynko lu.U., Melnik P.V., Nakhodkin N.G., Shal-dervan A.I. The determination of electron mean free pathsin solids by depth and angular dependences of inelastically scattered electron spectra.- Surf. Sci., 1973» 77» P#4051.

101. Szajman J., Jehkin J.G., Liesegang J., Leckey R.C.G. Electron mean free paths in the rang 70-1400 eV.- J. Electron Spectrosc. Related Phenom., 1978, 14, p.41-48.

102. Сadman P., Gossedge G.M. The inelastic mean free paths of group IV elements in the 700-I200-eV range.- J. Electron. Spectrosc. Related Phenom., 1980, 18, p.I6I-I68.

103. Donovan T,, Heinemann K. Void observation in amorphous germanium by electron microscopy of high resolution.- Phys. Rev. Lett., 1971, 27, No26, p.I974-I978.

104. Коваль И.Ф., Крынько Ю.Н., Мельник П.В., Кошевая С.В., На-ходкин Н.Г. Длина свободного пробега электронов для образования плазмонов в алюминии.- ФТТ, 1975, 17, F4, с.1138-II4I.

105. Канченко В.А., Крынько Ю.Н., Мельник П.В., Находкин Н.Г. Упругое отражение электронов от неупорядоченных мишеней.-Фгт, 1963, 25, с.1448-1453.

106. Ritchie R.M. Surface plasmons in solids.- Surf. Sci., 1973, 18, 9, p.2572-2576.

107. Коваль И.Ф., Крынько Ю.Н., Мельник П.В., Находкин Н.Г. Длина свободного пробега электронов для образования поверхностных плазмонов в алюминии.- ФТТ, 1976, 18, №9, с.2572-2576.

108. Крынько Ю.Н., Мельник П.В., Находкин Н.Г. Влияние возбуждения поверхностных плазмонов на интенсивность пиков спектра. НОЭ.- ФТТ, 1980, 22, сЛ294-1301.

109. Powell G.J., Swan J.В. Effect of oxidation on the characteristic loss spectra of aluminium and magnesium.- Phys. Rev., I960, 118, 3, p.640-643.

110. Quinn J.J. Rage of excited electron in metal.- Phys. Rev., 1962, 126, 4, p.1453-1457.

111. Новое в исследовании поверхности твердого тела. / Сб. статей под ред. В.Б.Санданирского, А.Г.Ждана. М. : Изд-во "Мир", 1977, вып.2, 370с.

112. НО. Duke С.В., Tucker C.W. Inelastic-collision model of lowenergy electron diffraction from solid surfaces.- Surf. Sci., 1969, 15, p.231-256.

113. Kanter H. Electron mean free paths near 2 keV in aluminium. -Phys. Rev., 1970, 81, 3, p.2357-2358.

114. Ishigure N., Mori Ch. Mean free paths for plasmons excitation in aluminium in the energy region from 1,5 to 10,9 keV. J. of Phys. Soc. of Japan, 1978, 44, 4, p.II96-I204.

115. ИЗ. Мотт H., Месси Г. Теория атомных столкновений.- М. : Изд-во Мир, 1969, 756с.- 143

116. Розенфельд Л.В., Кушнир Ю.М. Злементарная теория отражения электронов от поверхности твердого тела (пространственное распределение).- Радиотехника и электроника, 1964, 9, Ш, с.1458-1468.

117. Бронштейн И.М., Пронин В.П., Стожаров В.М. Упругое отражение электронов от золота.- ФТТ, 1974, 16, №7, с.2107-2109.

118. Бронштейн И.М., Пронин В.П. Упругое отражение электронов средних энергий от твердых тел.- ФТТ, 1975, 17, вып.7, с.2086-2088.

119. Бронштейн И.М., Пронин В.П. Упругое рассеяние электронов средних энергий металлическими пленками,- ФТТ, 1975, 17, вып.7, с.2431-2433.

120. Шульман А.Р., Кораблев В.В., Морозов Ю.А. Сравнение некоторых вторично-эмиссионных характеристик монокристаллов и поликристаллов.- Изв. АН СССР, сер.физ., 1971, 35, №5, с.1060-1063.

121. Морозов Ю.А., Ершова Т.П. Угловая зависимость коэффициента упругого отражения электронов от поликристаллов.- Физическая электроника, Труды ЛПИ, 1977, №356, с.42-44.