Исследование локальной атомной структуры приповерхностных слоев 3<1-переходных металлов методами протяженной тонкой структуры электрон-инициированных электронных спектров тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГ6 од

На правах рукописи

Сурнин Дмитрий Викторович

Исследование локальной атомной структуры приповерхностных слоев М-переходных металлов методами протяженной тонкой структуры электрон-инициированных электронных спектров

01.04.07. - Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ижевск - 1997

Работа выполнена в Физико-техническом институте УрО РАН.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Ю. В. Рац.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор М. А. Спиридонов; кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник С. С. Михайлова.

Ведущая организация: Уральский государственный университет- Ур1~У

Защкта диссертации состоится ". /7 1997 г.

в № часов на заседании диссертационного совета Д 003.58.01. при Физико-техническом институте УрО РАН по адресу: 426001. г. Ижевск, ул. Кирова, д. 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института УрО РАН.

Автореферат разослан " 1997 г.

Введение

В 60-х годах значительно увеличилось число работ, посвященных изучению поверхности твердого тела, и количество методов для исследований поверхности. Одной из основных причин интереса к этой проблеме стало понимание важности изучения свойств поверхности и того факта, что специфические свойства поверхности приводят на практике к появлению уникальных приложений (новые приборы микро- и наноэлектроникй, многослойные структуры с гигантской магнитострикцией и др.). Поверхность вызывает пристальный интерес и на фундаментальном уровне, поскольку она представляет собой особую разновидность дефектов твердого тела.

В начале 80-х годов в физике твердого тела появилось новое научное направление — анализ локальной атомной структуры [1, 2]. Спектроскопические исследования локальной атомной структуры обещают привести к существенному прогрессу в физике твердого тела и особенно в физике поверхности. Развитие этих методов позволит проводить более полные количественные исследования как кристаллических, так и аморфных образцов, как их объема, так и их поверхности. Это позволит более детально понять механизмы реконструкции и релаксации поверхности, физическую природу изменений, происходящих на поверхности твердых тел при всевозможных воздействиях, адсорбции атомов и росте пленок. Кроме чисто научной пользы, умение проводить локальный атомный структурный анализ поверхности без сомнения окажется чрезвычайно важным в прикладных областях.

Среди методов экспериментального исследования локальной атомной структуры поверхности особое место занимают методы протяженных тонких структур (ПТС) в электрон-инициированых электронных спектрах. Преимущество данных методов прежде всего заключается в доступности экспериментального оборудования, необходимого для получения результата. Для этих целей достаточно иметь Оже-электронный спектрометр. Еще одним достоинством методов ПТС, как

экспериментальных методов структурного анализа, является возможность постановки обратной задачи, вид и техника решения которой не зависят ни от химического состава, ни от атомной структуры исследуемого вещества.

Протяженные тонкие структуры электронных спектров представляют собой осцилляции интенсивности электронной эмиссии с периодом осцилляции порядка десятка электрон-вольт (эВ) и протяженностью сотни эВ. Эги осцилляции подобны протяженной тонкой структуре спектров рентгеновского поглощения: международно принятая аббревиатура— EXAF5 (Extended X-ray Absorption Fine Structure) и поэтому эти методы часто называют EXAFS-подобными [3 — 7]. Наибольшее внимание в ' EXAFS-подобных явлениях уделяется протяженным тонким структурам в спектрах энергетических потерь электронов и в Оже-электронных спектрах. В спектрах энергетических потерь электронов (ЭП) ПТС расположена с низкоэнергетической стороны от края характеристической потери, связанной с возбуждением остовного уровня атома образца. В спектре вторичных электронов (ВЭ) ПТС расположена с высокоэнергетической стороны от соответствующего Оже-пика. Природа ПТС заключается в изменении интенсивности эмиссии электронов из образца в зависимости от процессов когерентного рассеяния электронов на ближайшем атомном окружении ионизируемого атома конкретного химического сорта.

Однако, несмотря на все достоинства методов ПТС в электронных спектрах, проблема математической обработки результатов эксперимента является чрезвычайно сложной. Это связано с тем, что по сравнению с таким хорошо развитым методом как EXAFS, в этих методах практически отсутствует детальное теоретическое описание механизмов формирования ПТС в электронных спектрах и, как следствие этого, существующая ' методика обработки экспериментальных данных требует развития новых ' подходов в математическом описании и обработки спектров ПТС.

Целью данной работы является: изучение экспериментальных ПТС спектров ВЭ и их температурных зависимостей, выявление характерных особенностей ' для определения природы процессов их формирующих и

использования этих ПТС в качестве источника информации о локальной атомной структуре исследуемого вещества; разработка методики получения и предварительной обработки осциллирующих частей спектров ЭП электронов для определения из них нормированной функции радиального распределения атомов (ФРРА); исследование изменения локальной атомной структуры в зависимости от глубины анализируемого слоя методом ПТС спектров ЭП электронов на примере монокристаллической меди (111).

В соответствии с этой целью в работе решались следующие задачи:

1. Получение осциллирующих структур MW спектров ВЭ'железа и никеля и исследование их изменений в зависимости от температуры образца.

2. Получение осциллирующих структур спектра ВЭ за высокоэнергетическими (за LW серией) Оже-линиями железа и никеля и выявление природы процессов, их формирующих.

3. Решение обратной задачи на получение функции радиального распределения атомов из осциллирующих частей MW и LW спектров ВЭ Зс1-элементов.

4. Получение осциллирующих частей спектров ЭП электронов для железа и меди (в случае меда осциллирующие части получались при разных значениях энергии первичного пучка электронов).

5. Разработка методики предварительной обработки ПТС спектров ЭП электронов с целью получения нормированных осциллирующих частей и решения обратной задачи для определения из них нормированных функций радиального распределения атомов (с возможностью получения полной количественной информации о локальной атомной структуре исследуемого вещества).

6. Получение из экспериментальных данных нормированных ФРРА меди при разных глубинах анализируемого слоя. Сравнение полученных ФРРА как с известной объемной кристаллографической ФРРА, так и друг с другом.

Работа проводилась в Физико-техническом институте УрО РАН в соответствии с планами научно-исследовательских работ по теме 1.14.1.4 "Исследование локальной атомной структуры поверхности, размерно-квантованных пленок и ее изменений при различных воздействиях" (№ гос. регистрации 01910007091) и "Исследование локальной атомной структуры поверхности и объема сплошных сред на основе 3(1-металлов" (№гос. регистрации 01.9.40 003585), а также в рамках гранта Международного научного фонда и Правительства России (№ RGA000 и RGA300).

Научная новизна:

Выявлено и проведено исследование аномального температурного поведения ПТС MW спектров ВЭ 3(1-элементов.

Получены осциллирующие части спектров ВЭ за высокоэнергетическими LW Оже-линиями и показано, что они имеют EXAFS-подобную структуру.

С учетом двух осциллирующих слагаемых методом регуляризации по Тихонову получены решения обратной задачи для осциллирующих частей MW спектров Ni и Си, которые, в отличие от применения стандартной процедуры (Фурье-преобразования), качественно правильно описывают первые три координационные сферы исследуемых веществ.

На основании предложенной методики предварительной обработки ПТС спектров ЭП электронов получены нормированные осциллирующие части для Мг,з краев железа и меди и соответствующие им нормированные функции радиального распределения атомов.

Получена ФРРА приповерхностного (~8А) слоя монокристалла Си (111). Показаны различия в длинах связи и в координационных числах для первой координационной сферы между объемными кристаллографическими значениями и экспериментальной ФРРА. Наблюдается сильная асимметрия первого пика ФРРА приповерхностного слоя.

Практическая ценность работы

Получение информации о локальной атомной структуре из ПТС

спектров ВЭ дает уникальную возможность изучения поверхностных слоев глубиной от 2 до 5 атомных слоев, что представляет практический интерес для микро- и наноэлектроники и технологий, связанных с ними.

В случае ПТС спектров ЭП электронов получение нормированных функций радиального распределения позволяет извлекать полную количественную информацию о локальной атомной структуре, что позволяет говорить о методе ПТС ЭП электронов, уже не как о структурно чувствительном методе (определение только межатомных расстояний), а как о полном структурном методе (извлечение информации еще и о средне квадратичных смещениях атомов координационных сфер из положения равновесия, о координационных числах и т. д.). Этот факт представляет самостоятельный интерес для дальнейшего развития метода и перехода к корректному решению бинарных задач.

Апробация работы и публикации.

Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях XAFS (Германия 1994 г., Франция 1996 г.), ICES (Италия 1995 г.), ICSOS (Франция 1996 г.). Основное содержание диссертации изложено в 4 статьях и 7 тезисах докладов.

Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Содержание диссертации изложено на 94 странице машинописного текста, включая 24 рисунка и библиографический список, содержащий 82 названия.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы исследований, сформулированы цели и задачи работы, приведены положения, выносимые на защиту, пояснена научная и практическая ценность работы, приведен список конференций, на которых обсуждались результаты, а также отмечен личный вклад автора, кратко изложено содержание диссертации по главам.

В первой главе сделан обзор литературных данных по методам ПТС в

электрон-инициированных электронных спектрах в применении к исследованию локальной атомной структуры поверхности и объема.

В случае метода ПТС спектров ВЭ показано, что к настоящему моменту накоплен богатый экспериментальный материал по ПТС спектров ВЭ, который показывает как общее сходство этих структур с другими ЕХАРБ-подобными структурами, так и целый ряд качественных отличий. Несмотря на относительную доступность в получении экспериментальных результатов и на уникальность содержащейся в этих структурах информации о первых 2 — 5 атомных слоях исследуемого образца, попытки извлечения достоверной структурной информации из ПТС спектра ВЭ до сих пор к удовлетворительному результату не привели. Применение процедуры Фурье-преобразования, широко и успешно используемой в других ЕХАРБ-подобных методах, оказалось не эффективным.

Для объяснения экспериментальных результатов теоретически разрабатывались несколько механизмов формирования ПТС спектра ВЭ. К ним можно отнести: одноступенчатые процессы эмиссии электронов из остовных и валентных состояний при их возбуждении падающим электроном и двухступенчатый автоионизационный механизм.. Исходя из чисто экспериментальных исследований, дать точный ответ на вопрос какой из рассматриваемых механизмов доминирует в этом процессе, по-видимому, невозможно. Тем не менее, основываясь на экспериментальных результатах, можно сделать вывод, что автоионизационный механизм, предложенный М. ДеКресчензи, необходимо учитывать, в первую очередь, для объяснения порогового характера появления этой структуры. В тоже время, нельзя ограничиваться исключительно автоионизационным механизмом формирования спектра ВЭ за СУУ Оже-линией.

В случае метода ПТС спектров ЭП электронов показано, что в настоящее время метод ПТС спектров ЭП является хорошо развитым и широко применяется на практике не только во многих областях исследования поверхности, но и в изучении процессов, происходящих на поверхности. Показана близкая аналогия с ЕХАРБ-методом как в теоретическом описании, так и в технике обработки экспериментальных

данных. Метод ПТС ЭП электронов позволяет получать структурную информацию как от упорядоченных структур, так и от структур без дальнего порядка. Еще одна особенность метода ПТС ЭП электронов — это принципиальная возможность изучения локальной атомной структуры в зависимости от глубины исследуемого слоя, что позволяет исследовать не только структуру поверхности, но и плавно проследить изменение локальной атомной структуры от поверхности к объему. Однако несмотря на то, что большинство результатов, полученных методом ПТС ЭП электронов аналогичны результатом EXAFS, метод ПТС ЭП электронов является менее развитым, чем EXAFS. Это связано с тем, что во-первых, протяженность осциллирующей части ПТС ЭП электронов значительно меньше, чем в EXAFS (300 — 500 эВ и 800— 1000 эВ соответственно), поэтому традиционное применение Фурье-преобразования, чувствительного к длине осциллирующей части, дает значительно худшие результаты. Во-вторых, получение более полной количественной информации из ПТС спектров ЭП электронов, такой как координационные. числа, в настоящее время не реализовано. Это связано с тем, что отсутствует нормировка экспериментальных спектров на интенсивность атомного процесса ионизационных энергетических потерь.

Совместное применение методов ПТС спектров ВЭ и ЭП электронов дает возможность получения взаимно дополняемой информации о локальной атомной структуре и позволяет проводить эксперименты на одной аппаратуре, в одних условиях и на одном и том же образце.

Во второй главе изложены методические аспекты получения экспериментальных протяженных тонких структур. Описаны экспериментальная установка, методика подготовки образцов и методика получения экспериментальных спектров.

В качестве объектов исследования использовались образцы поликристаллического Fe [99.99], монокристаллического Ni (200) [99.99] и монокристаллического Cu (111) [99.99].

Вакуум в камере анализатора составлял Ю-7 Па. Чистота поверхности

контролировалась Оже-электронным методом. Уровень загрязнения поверхности не превышал 1 ат.%.

Были получены спектры M2.3VV и L2.3W ПТС ВЭ для поликристаллического железа (99.99), монокристаллического никеля (200) (99.99) и спектры Мг.зУУ ПТС ВЭ монокристаллической меди (111) (99.99). Все спектры ПТС ВЭ были получены при энергии первичного пучка электронов 10 кВ.

Спектры М:,з края ПТС ЭП электронов были получены для поликристаллического железа (99.99) при энергии первичного пучка электронов 1800 эВ и монокристаллической меди (111) (99.99) при энергии первичного пучка электронов 560 эВ и 1500 эВ.

Все перечисленные спектры железа и меди были получены в интегральном режиме, а спектры никеля в режиме первой производной с амплитудой модуляции 5 V.

В третьей главе рассмотрены модельные и экспериментально полученные ПТС спектров ВЭ железа и никеля расположенные за MW и LW Оже-пиками. Из сравнения модельных расчетов с экспериментальными данными дана интерпретация аномального температурного поведения протяженных тонких структур спектров ВЭ железа и никеля, расположенных за MW Оже-пиком.

Температурная зависимость осциллирующих частей Fe Мз.зУУ и Ni M2.3W приведена на рис. 1 и рис. 2, соответственно. Из рис. I и рис. 2 видно, что при увеличении температуры образца осциллирующая часть Fe M2.3W заметно меняется. С увеличением температуры образца в осциллирующей части.спектра Fe JVbjVV (см. рис. 1) в области (р"/а2 = 2) появляется добавочный пик, а спектре Ni Мг.зУУ (см. рис. 2) в области (р2/а2 = 2) на тонкой структуре при увеличении температуры образца пик заметно уменьшается. Подобный эффект наблюдался и на Си M2.3W [8].

Такое аномальное температурное поведение можно объяснить влиянием фактора Дебая-Валлера, но только с учетом существования двух типов осцилляций, соответствующих прямому и автоинизационному

(Ь)

!КЛ,

'! (VV

V

I мте

и!; У

1 г 3 4 5 !>", , 1 2 3 4 5 Р , ;

а а

Рис. 1. Сравнение экспериментальной (2) Рис.2. Сравнение экспериментальной (2) и расчетной (1) ПТС МУУ спектра Ре и расчетной (1) ПТС МУУ спектра N1 при Т=300К (а) и Т=800К (Ь). при Т=300К (а) и Т=800К (Ь).

процессам (в дальнейшем р- и q-типoв, соответственно). При увеличении температуры образца, меняется фактор Дебая-Валлера, который приводит к изменению относительного веса осцилляции различного типа, что на суммарном результате проявится особенно сильно в области резких изменении фаз рассеяния осциллирующих слагаемых. При изменении температуры образца с То до Т относительная интенсивность осцилляции р-типа уменьшится относительно интенсивности осцилляции ч-типа в [ЩрМ2.То)]т/то раз-

Результаты расчетов ПТС МУУ спектров ВЭ [9] приведены на рис. 1 и 2 (кривые 1) для Ре и ЬП соответственно, в сравнении с соответствующими экспериментальными осциллирующими частями (кривые 2). Приведенные расчеты спектров ПТС неплохо согласуются с экспериментальными

осциллирующими частями МУУ спектров Ре и Ыь

Температурное поведение расчетных ПТС качественно правильно описывает поведение экспериментальных осциллирующих частей, в частности в области наиболее сильных температурных изменений.

Ьд.зУУ осциллирующие части (Т = 300 К) приведены на рис. 3 и рис. 4 (кривые 1) для Ре и N1 соответственно.

Расчет для ПТС, расположенной за высокоэнергетическими ЬУУ Оже-линиями, сделанный в работе [9] по сравнению с МУ\' упрощается. Это связано с тем, что для этих ПТС периоды осцилляции р-типа ( Тр ) и осцилляций q-типa () сильно различаются:

СИ

Тр р V ер'

поскольку сильно различаются волновые числа р и я. Сравнение экспериментальных и модельных осциллирующих частей, происходящих от рассеяния электрона, регистрируемого в эксперименте (осцилляции р-типа, кривые 2) и от рассеяния электрона промежуточного состояния (осцилляции я-типа, кривые 3) приведены на рис. 3 и 4. Благодаря большому различию в периодах

Рис. 3. Экспериментальная ПТС 1У\ Рис. 4. Экспериментальная ПТС ЬТУ

спектра Ре (1), расчетные осцилляции • спектра N1 (1), расчетные осцилляции р- (2) и ц- (3) типов. р- (2) и я- (3) типов.

. осцилляций р- и я-типов, из рис. 3 и 4 видно, что осциллирующие части экспериментальных спектров определяются осцилляцией ц-ткпа, т.е. рассеянием электрона промежуточного состояния в процессе второго порядка. Анализ экспериментальных спектров показывает, что Ьз.зУУ осциллирующие части имеют пороговый характер (т.е. осцилляции наблюдаются только после Ьз.зУУ Оже-пика), что так же однозначно указывает на превалирующий вклад в ПТС осцилляции q-типa.

Для спектров ПТС ЭП электронов предложен метод предварительной обработки, позволяющий получить нормированные осциллирующие части, который можно условно разделить на следующие основные этапы:

1. Обратная свертка исходного спектра с аппаратной функцией.

2. Умножение спектра на 1/Е (в случае анализаторе типа цилиндрического зеркала).

3. Перевод спектра в шкалу энергии потерь.

4. Вычитание фона неупруго рассеянных электронов (в простейшем случае фон удается апроксимировать экспоненциальной функцией).

5. Апроксимация сплайнами функции 1«! интенсивности атомного процесса энергетических ионизационных потерь и вычитание 1,1 из спектра. Полученную осциллирующую часть делим на 1л, в соответствии с формулой 1=1а1(1-х(к)) (по аналогии с ЕХАРБ), где I — интенсивность процесса ЭП электронов.

6. Перевод осциллирующей части в к-пространство.

Полученные таким образом экспериментальные нормированные х(Ю

Ие и Си Мз.з-края поглощения хорошо согласуются с соответствующими расчетными хОО как по положению особенностей, так и по амплитуде осцилляций.

Рассмотрено влияние аппаратурной функции на спектры.

В четвертой главе обсуждаются методы решения обратной задачи. Используя метод регуляризации по Тихонову, получены решения для ПТС спектров ВЭ расположенных за МУУ и ЬУУ Оже-пиками и получены нормированные ФРРА для спектров ЭП электронов Ре и Си.

Решение обратной задачи в случае ПТС МУЛ1' спектров ВЭ для Си и N1 методом регуляризации по Тихонову интегрального уравнения

р0]<13гКе[.^(р2 -Ч2д)х(р,г) + 2Всоз(ф)е!*х(ч,фЛ'')}2 =х(Ер), (1)

(где р0 — атомная плотность вещества), учитывающего взвешенную сумму осцилляций двух типов, находится в хорошем качественном соответствии с объемными ФРРА Си и ЬП. Это выражается в том, что на полученном решении первые три пика разделились и их максимумы приблизительно соответствуют максимумам объемных ФРРА Си и N1. Такого результата не удается получить как при использовании Фурье-преобразования, так и при обнулении одного из весовых коэффициентов (А или В) в методе регуляризации, что говорит о том, что вклад обеих осцилляций в ПТС МУУ спектров ВЭ существен и отсутствие учета одного из них приводит к невозможности получения правильного результата. На рис. 5 (кривая б) приведено решение методом регуляризации по Тихонову для N1. Для Си получается аналогичное решение.

Для ПТС ЬУУ спектров ВЭ осциллирующая часть имеет ЕХАРБ-подобный вид, и поэтому обратная задача сводится к решению уравнения

Х(к) = (-1)'4^р0 ^ 8ш(2кг + 251 + <рп)с1г (2)

О

где хОО— экспериментальная осциллирующая часть, Г(к) — модуль рассеяния назад электрона, \(к) — длина свободного пробега электрона, ро — атомная плотность вещества, <рп — фазовый сдвиг, вызванный рассеянием электрона на атомах окружения, 5| — фазовый сдвиг, происходящий от рассеяния электрона на центральном атоме, I — орбитальное квантовое число вторичного электрона.

Полученное решение в этом случае так же качественно правильно описывает положение первых трех пиков соответствующей объемной ФРРА ЬП (см. рис. 5 (кривая а)).

В случае ПТС спектров ЭП обратная задача аналогична ЕХАРБ. При использовании нормированных осциллирующих частей спектров ЭП для Ре и Си полученные ФРРА позволили определить такую количествениую

г, А

Рис. 5. Решение обратной задачи методом регуляризации по Тихонову: а — полученное из спектра N1 ЬиУУ, б — полученное из спектра № М:зУУ, в — объемная кристаллографическая ФРРА №.

информацию как длина связи и координационные числа. На рис. 6 и 7 приведены нормированные ФРРА Си и Ре соответственно в сравнении с известными объемными кристаллографическими ФРРА Си и Ре. В табл. 1 приведены полученные параметры для Си и Ре.

В пятой главе проведено исследование изменения локальной атомной структуры в зависимости от глубины анализируемого слоя на примере моножристалла Си (111) методом ПТС спектров ЭП электронов.

Рис. 6. Объемная кристаллографическая ФРРА Си (а) и ФРРА, полу-ченнаж из спектра ПТС ЭП электронов Си М2ЛУУ (б)..

Рис. 7. Объемная кристаллографическая ФРРА Ре (а) и ФРРА, полученная из спектра ПТС ЭП электронов РеМглУУСб).

Таблица I

1*1 , А N1 , ат.

медь кристаллическая модель 2.556 12

эксперимент 2.56 11.8

железо кристаллическое модель 2.476 8

эксперимент 2.48 8.1

погрешность ±0.01 ±0.5

Для этого были получены спектры энергетических потерь электронов

за М2.3 краем при энергиях электронов первичного пучка 1500 эВ и 560 эВ. Оценку глубины анализируемого слоя в обоих случаях можно сделать, зная длину свободного пробега регистрируемых в эксперименте электронов. Для спектра, полученного при энергии возбуждения 1500 эВ, эта оценка дает глубину анализируемого слоя ~15 А (~4 параметров решетки), а для энергии возбуждения 560 эВ — глубина анализируемого слоя ~8 Ä (~2 паражетров решетки) [10]. Информация об исследуемом веществе, содержащаяся в электронном спектре, является некоторой усредненной по глубине анализируемого слоя информацией. Не забывая об этом, в дальнейшем будем называть спектр энергетических потерь электронов при энергии возбуждения 1500 эВ и полученные из него результаты "объемными", а спектр при энергии возбуждения 560 эВ и соответствующие результаты — "поверхностными".

Будем искать локальную атомную структуру вещества, которая определяется функцией g(r), путем решения интегрального уравнения: вида:

/ \ СС

x(k)=(-l)14ÄpoJat^jg(r)exp(-^)sin(2kr + 25, +<pn)dr, (3) о

где Jat — интенсивность атомного процесса ионизационных энергетических потерь электрона (в отличие от ур. (2) в данном уравнении %(к) не нормирована, а нормировочная функция Jat включена в правую часть}.

По полученным решениям интегрального уравнения (3), как для "объема", так и для "поверхности", показано, что приповерхностный слой порядка 8 А имеет небольшие отличия от объемных характеристик материала как в длине связи, так и в координационном числе для первой координационной сферы. Обнаружена сильная асимметрия (-20 %) первого пика ФРРА приповерхностного слоя.

В таблице 2 приведены для сравнения объемные

кристаллографические значения ФРРА Си и экспериментальные ФРРА для "объема" и "поверхности" и приведена величина LS/RS - численная

характеристика асимметрии первого пика ФРРА определенная как отношение площадей левой (ЬБ) и правой (ЯБ) его половин.

Таблица 2

ФРРА Я, А N1

Кристало-храф. 2.556 12 0.085 1

"объем" 2.5610.01 12±0.1 0.095±0.01 1

"поверхность" 2.53±0.01 11.2±0.5 0.8

В заключении приводятся наиболее существенные результаты работы и рассматриваются перспективы развития методов электронной спектроскопии в применении к изучению локальной атомной структуры.

Полученные результаты и выводы

Приведем краткую сводку результатов и выводов.

1. Проведено исследование температурной зависимости осциллирующих частей спектров ВЭ, расположенных за Мг.зУУ Оже-пиком, на образцах Ие и № Впервые обнаружена аномальная температурная зависимость осциллирующих частей Ре в интервале температур от 300 К до 900 К.

2. Впервые получены ПТС спектров ВЭ за высокоэнергетическим Ь:.зУУ Оже-пиком на образцах Ре и N1.

3. Получены решения обратной задачи (методом регуляризации по Тихонову) в случае Мз.зУУ и ЬзлУУ ПТС спектров ВЭ, которые качественно правильно описывают известные объемные ФРРА.

4. Разработана методика получения нормированных осциллирующих частей из спектров ЭП электронов, позволяющая получать при решении обратной задачи методом регуляризации по Тихонову нормированные

ФРРА с возможностью получения полной количественной информации о локальной атомной структуре исследуемого образца (длина связи, координационные числа, фактор Дебая-Валлера и др.).

5. На примере монокристалла Си (111) проведено исследование изменения локальной атомной структуры в зависимости от глубины анализируемого слоя. Показано, что приповерхностный слой порядка 8 А имеет небольшие отличия от объемных характеристик материала как в длине связи, так и в координационном числе для первой координационной сферы. Обнаружена сильная асимметрия (~20%) первого пика ФРРА приповерхностного слоя.

Выводы.

1. При анализе и обработке осциллирующей части спектра вторичных электронов необходимо учитывать наличие в этой структуре двух типов осцилляций.

2. Зависимость относительной интенсивности осцилляций q- и р-типов от двух факторов Дебая-Валлера делает ПТС спектра ВЭ йолее чувствительной, чем другие EXAFS-подобные структуры, к изменению температуры.

3. Впервые на примерах исследования EELFS спектров Си и Fe было показано, что применение предложенной нами методики предварительной обработки EELFS спектров, с целью получения экспериментал!ных осциллирующих частей, нормированных на один падающий электрон и один возбужденный атом, и метода регуляризации дает возможность определять не только положение координационных сфер в локальном атомном окружении, но и вычислять координационные числа. Проведенные исследования дают основание считать, что в настоящее время метод EELFS может рассматриваться не просто как структурно-чувствительный метод, то есть, когда извлекалась информации только о длинах связей атомов, а как структурный метод исследования с возможностью получения полной количественной информации о локальной

атомной структуре твердых тел в зависимости от глубины анализируемого слоя.

4. Приближение гармонических тепловых колебаний атомов в тонких поверхностных слоях не справедливо и использование классического фактора Дебая-Валлера для описания и обработки соответствующих ПТС не корректно.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях:

1. D.EGuy, Y.V.Ruts, D.V.Surnin, V.I.Grebennikov, O.B.Sokolov The role of autoionization in the formation of electron spectra above Auger transitions. //Pkysica B, -1995, -V.208-209, -P.87-88.

2. D.EGuy, Y.V.Ruts, D.V.Surnin, V.I.Grebennikov, O.B.Sokolov. The role of autoionization in the formation of electron spectra above Auger transitions. Abstracts of 8 Ith. XAFS conf., Berlin, -1994, -P. 30.

3. D.EGuy, Y.V.Ruts, D.V.Surnin, V.I.Grebennikov, O.B.Sokolov. The inelastic scattering various channel account during secondary electron extended fine structure treatment. Abstracts of 6 Ith. ICES conf., Italy, Rome, -1995, -P.77.

4. D.EGuy, Y.V.Ruts, D.V.Surnin, V.I.Grebennikov, O.B.Sokolov. The secandary electron extended fine structure spectroscopy as a method of surface local atomic structure investigations. Abstracts of 5 Ith. ICSOS conf., Aix en Provence, France, -1996, -P.73.

5. D.EGuy, Y.V.Ruts, D.V.Surnin, V.I.Grebennikov, O.B.Sokolov. Theory of secandary electron extended fine structure for surface local atomic structure investigations. Abstracts of 9 Ith. XAFS conf., Grenoble, France, -1996,

-P. 133.

6. Д.В. Сурнин, В.А.Трапезников, И.А.Широков, А.Л.Стерхов, В.А.Широков, А.Е.Денисов, С.Ю.Крутовский, Ю.В.Рац, И.Г.Королев, Л.Г.Ковнер Оже-микрозонд: разработка и сравнительные

характеристики. Вестник Удмуртского университета, 5(1) Изд.УдГУ,Ижевск, -1993 г, -С.149-156

7. Д.В. Сурнин, И.А.Широков, В.А.Широков, А.Е.Денисов, С.Ю.Крутовский, Ю.В.Рац. Программно-аппаратный комплекс управления, сбора и обработки информации для электронно-зондовых и рентгеновских методов анализа Тезисы докладов 1 Российской Университетско-академической научно-практической конференции. Ижевск, -1993 г, -С. 162

8. D.V.Surnin, Y.V.Ruts, D.E.Guy, P.M.Knjazev. The influence of various factors on RDF obtained from model EELFS spectra by regularization method. Comparison with Fourier transform. Abstracts of 6 International ICES Conference, Italy, Rome, -1995, -P.98

9. D.V.Surnin, D.E.Guy, Y.V.Ruts. The comparison analysis of extended fine

. structures of energy loss electron spectra and secondary electron spectra.

Abstracts of 6 International ICES Conference, Italy, Rome, -1995, -P. 104

10. D.V. Surnin, Y.V.Ruts, D.E.Guy, A.H.Kadikova, .V.A.Shamin, A.E.Denisov. EELFS: comparison between mathematical treatment by Fourier transform and regularization method. Book of Abstracts of 5 International ICSOS Conference, France, Aux, -1996, Tu.001.Pl

11. D.V. Surnin, D.E. Denisov, Yu.V. Ruts. Obtaining normalized atomic radial distribution functions from EELFS spectra. Abstracts of 9 International XAFS Conference, France, Grenoble, -1996, -P. 163

12. D.V. Surnin, D.E. Denisov, Yu.V. Ruts. Obtaining normalized atomic radial distribution functions from EELFS spectra //J. de Physique IV, -1997, -V.7, -P.C2-577-C2-578

13. D.V. Surnin, D.E.Guy, Yu.V.Ruts. Second order inelastic high energy processes in the secondary electron spectroscopy: fine structures of iron and nickel spectra and their temperature dependence. //Surface Review and Letters, -1997, -V.4, -N.2, -P.223

Цитированная литература

1. DeCrescenzi М. Structural surface investigation with low-energy backscattered electrons // Surf.Sci.Reports. -1995. -V.21. -P.89-175.

2. Slern E.A. Other EXAFS-like phenomena. //J. de Phys. Coll. C8, suppl. -E986.-V.12. -N.47. -P.C8-3-C8-10.

3. Lee P. A., Pendry J.B. Theory of the extended X-ray absorption fine structure // Phys.Rev.B. -1975. -V.l 1. -N.8. -P.2795-2811.

4'. Slern E.A. Theory of the extended X-ray absorption fine structure // Phys.Rev.B. -1974., -V.10. -N.8. -P.3027-3037.

5. Боровский И.Б., Ведринский P.B., Крайзман В.Л., Саченко В.П. EXAFS-спектроскопия - новый метод структурных исследований // УФН. -1986. -Т. 149. -N.2.-P. 175-324.

6. Lee Р.А., Citrin H.Y., Eisenberger P. et al. EXAFS-its strength and limitations as a structural tool // Rev.Mod.Phys. -1981. -V.53. -N.4. -P.769-866.

7. Кочубей Д.И. Бабанов Ю.А. Замараев К.И. и др. Рентгено-спектральный метод изучения структуры аморфных тел. - Новосибирск: Наука.-1988. -301 С.

8. McDonnell L., Powell B.D., Woodruff D.P. Temperature dependent pears in secondary electron emission spectra //Sur.Sci. -1973. -V.40. -P.669-687.

9. D.E.Guy, Yu.V.Ruts, D.V. Surnin. Second order inelastic high energy processes in the secondary electron spectroscopy: fine structures of iron and nickel spectra and their temperature dependence. //Surface Review and Letters, -1997, April

10. Карлсон Т. Фото-электронная и Оже-спектроскопия. - Ленинград: Машиностроение. -1981. -427 С.