Совместная адсорбция редкоземельных элементов и кислорода на гранях кристаллом вольфрама и молибдена тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

1 9 СЕН 2301

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА

СТЕПАНОВСЬКИЙ Степан Іванович

УДК 537.533.2 + 537.534

СПІЛЬНА АДСОРБЦІЯ РІДКІСНОЗЕМЕЛЬНИХ ЕЛЕМЕНТІВ І КИСНЮ НА ГРАНЯХ КРИСТАЛІВ ВОЛЬФРАМУ І МОЛІБДЕНУ

Спеціальність 01.04.13 - фізика металів

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

ЛЬВІВ - 2000

Дисертацією е рукопис.

Робота виконана у Львівському національному університеті імені Івана Франка, Міністерство освіти і науки України

НАУКОВІ КЕРІВНИКИ: кандидат Фізико-математичних наук, доцені

Смерека Теодор Петровичі Львівський національний університет імені Івана Франка, доцент кафедри загальної фізики;

доктор фізико-математичних наук, професор Стасюк Зиновій Васильович, Львівський національний університет імені Івана Франка, завідувач кафедри загальної фізики. ,

ОФІЦІЙНІ ОПОНЕНТИ: доктор фізико-математичних наук, старший науковий

співробітник Федорус Олексій Григорович, Інститут фізики Національної академії наук України, м.Київ, провідний науковий співробітник;

доктор фізико-математичних наук, доцент Павлик Богдан Васильович, Львівський національний університет імені Івана Франка, професор кафедри фізики напівпровідників.

ПРОВІДНА УСТАНОВА: Київський національний університет імені Тараса Шевченка, кафедра кріогенної та мікроелектроніки, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.

на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.35.051.09 при Львівському національному університеті імені Івана Франка (79005, м. Львів, вул.

Драгоманова, 50).

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка (79005, м. Львів, вул.

Драгоманова, 5).

Автореферат розісланий “ \М Л А 2000 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

Захист відбудеться “ И±“___________ШІШ£_ “ 2000 р. о________________ здині

доктор фіз.-мат. наук, професор

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Властивості поверхні твердого тіла суттєво змінюються при адсорбції на ній чужорідних атомів. Як показує експеримент, основні зміни властивостей поверхні відбуваються при заповненні одного-двох атомних шарів адсорбованої плівки.

<

Властивості цих шарів (атомна і електронна структура, робота виходу, термічна стабільність і ін.) визначаються взаємодією адсорбованих атомів між собою та з поверхнею. Тому вивчення процесів на поверхні має важливе значення як з фізичної точки зору, так і для вирішення цілого ряду практичних задач. Зокрема, вирішення проблем мініатюризації елементів мікроелектроніки, створення нових матеріалів з наперед заданими властивостями, захисту металів від шкідливого впливу оточуючого середовища, гетерогенного каталізу, прямого перетворення теплової енергії в електричну, створення високоефективних емітерів електронів і ін. беспосередньо пов’язане з успіхами фізики поверхні твердого тіла.

До початку виконання даної роботи теоретично і експериментально були виявлені основні типи взаємодії адатомів з підкладкою і між адатомами. Експериментальні дослідження (Наумовець, Федорус) показали, що на щільних гранях кристалів тугоплавких металів між лужними і лужноземельними адатомами переважає ізотропне днполь-дипольне відштовхування. На грані Щ112), що має глибокий в атомному масштабі борознистий рельєф поверхні, в плівках літію, стронцію, гадолінію було виявлено утворення лінійних ланцюжків адатомів, взаємодія між якими немонотонним чином залежить від відстані між ними. Крім того, в плівках цих елементів виявлено утворення структури с(2х2), в якій між адатомами діють ефективні сили притягання. Такі особливості поведінки адсорбованих плівок пов’язували з непрямою взаємодією адатомів. Теоретично було запропоновано два механізми взаємодії адатомів через підкладку, які можуть забезпечити притягання адатомів на досить великих відстанях: обмінна взаємодія адатомів через електронну систему підкладки (Грімлі) та знакозмінна частина електростатичної взаємодії адатомів, зумовлена фріделівськнми осциляціями густини електронів, що екранують поле заряджених адатомів в підкладці (Габович, Пашицький). Було виявлено також, що обмінна взаємодія адатомів відіграє значну роль у випадку адсорбції рідкісноземельних елементів (які мають складну електронну структуру) на шорстких іранях кристалів тугоплавких металів. В окремих експериментальних роботах показано, що на характеристики взаємодії адатомів з підкладкою і між собою впливає присутність на поверхні попередньо адсорбованого кисню.

Для вияснення закономірностей взаємодії адатомів з підкладкою і між собою цікавим є дослідження спільної адсорбції рідкісноземельних елементів і кисню на шорстких гранях тугоплавких металів. Значний інтерес становить дослідження залежності цієї взаємодії від

атомної структури і хімічної природи підкладки, електронної будови адсорбату і кількості попередньо адсорбованого на поверхні кисню. З практичної точки зору цікаво дослідити вплив взаємодії адатомів у змішаних плівках рідкісноземельних металів з киснем на емісійні властивості таких адсорбційних систем. Вирішенню саме цих питань була присвячена дана дисертаційна робота.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі загальної фізики Львівського національного університету імені Івана Франка у відповідності з держбюджетною темою “Структура, електронні та електронно-адсорбційні властивості плівок металів на поверхні кристалів тугоплавких металів та діелектричних підкладках в початковій стадії їх зародження і росту” (реєстраційний № 0197U018098) в рамках науково-дослідної програми Міністерства освіти і науки України “Дослідження адсорбційних, каталітичних та корозійних явищ на поверхні твердих тіл з метою розвитку наукових основ ресурсозберігаючих технологій” (реєстраційний номер програми 06.04.-МВ/’*-97).

Мета і задачі дослідження - отримання експериментальної інформації, необхідної для з’ясування характеру взаємодії адатомів у змішаних плівках рідкісноземельних елементів і кисню в залежності від атомної структури і хімічної природи підкладки, електронної структури адсорбату і кількості попередньо адсорбованого на поверхні кисню, а також вивчення впливу цієї взаємодії на електронно-адсорбційні властивості змішаних металоплівкових систем. З цією метою досліджено атомну і електронну структуру та електронно-адсорбційні характеристики адсорбованих плівок рідкісноземельних елементів і кисню на різних гранях кристалів вольфраму і молібдену в широкому діапазоні концентрацій адсорбату, температур підкладки і кількості попередньо адсорбованого на поверхні кисню.

Наукова новизна одержаних результатів дисертаційної роботи полягає в тому, що в ній вперше досліджено:

- структуру і електронно-адсорбційні властивості плівок тербію, самарію і самарію з киснем на ірані W(112) та атомну і електронну структуру плівок ітербію на грані Мо(Ш).

- концентраційні залежності роботи виходу і теплоти адсорбції атомів Gd і ТЬ на грані W(l 11), а також Gd, ТЬ, Dy і По на грані W(100).

- електронно-адсорбційні характеристики плівок Gd і ТЬ, адсорбованих на гранях W(U1) та W(100) при різних кількостях попередньо адсорбованого на поверхні кисню. Показано, що в плівках Tb, Sm на грані Щ112) і ¥Ь на грані Мо(І12) при малих

покриттях переважає непряма взаємодія адатомів, яка зумовлює утворення узгоджених з

з

підкладкою розріджених ланцюгових структур. Однак, якщо на грані ЩІІ2) характеристики цієї взаємодії в основному подібні для всіх вивчених до даного часу рідкісноземельних елементів, то на грані Мо(112) значну роль відіграє електронна структура адсорбату. Присутність кисню на поверхні W(112), що, як відомо, посилює д^поль-дипольну відштовхувальну взаємодію адатомів, приводить до руйнування розріджених ланцюгових структур Sm на цій грані. Виявлено, що адсорбція рідкісноземельних елементів Gd, Tb, Dy і ¡lo на чистих і покритих різними дозами кисню гранях W(lll) і ЩІОО) може супроводжуватися реконструкцією поверхні, характеристики якої залежать від атомної будови підкладки, стану кисню на поверхні (атомарна чи окисна фаза) і електронної структури адсорбату, зокрема від наявності чи відсутності (/-електрона в електронній будові ізольованого атома та енергетичної відстані/електронів від положення рівня Фермі.

Практичне значення одержаних результатів. В роботі показано, що вплив кисню на взаємодію адатомів рідкісноземельних елементів на різних гранях вольфраму у ряді адсорбційних систем приводить до суттєвого зниження мінімальної роботи виходу і підвищення термічної стабільності адсорбованих плівок, тобто до покращення їх емісійної ефективності. Виявлені нами залежності цього впливу від атомної структури підкладки, електронної структури адсорбату, кількості кисню на поверхні, концентрації адсорбату і температури підкладки дають можливість цілеспрямованого вибору компонентів металонлівковнх систем для створення ефективних емітерів електронів.

Особистий внесок здобувана полягає в підготовці експерименту та отриманні експериментальних результатів досліджень атомної, електронної структури і електронно-адсорбційних характеристик металоплівкових систем. Автор приймав участь у постановці задач, обговоренні результатів досліджень та підготовці матеріалів до друку. Положення, що виносяться на захист, а також висновки даної роботи належать автору.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідались і обговорювались на:

* XX і XXI Всесоюзних конференціях з емісійної електроніки (Київ, 1987; Ленінград, 1990).

* VII Всесоюзній конференції по росту кристалів (Москва, 1988).

* 39th International Fild Emission Symposium. (Halifax, Nova Scotia, Canada, 1992).

» IV, V, VI та VII Міжнародних конференціях з фізики і технології тонких плівок. (Івано-Франківськ, 1993,1995,1997,1999).

* І Українській конференції “Структура і фізичні властивості невпорядкованих систем” (Львів, 1993).

* Міжнародній науковій конференції, присвяченій 150-річчю від дня народження

.. п іг* іллгч

іоапа и^ііия 17? J).

* 17th International Seminar on Surface Physics. (Kudowa, Poland, 1994).

* щорічних наукових конференціях Львівського національного університету імені Івана Франка 1991-1999рр.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 28 наукових праць, серед яких 13 статей і 15 тез доповідей у збірниках праць наукових конференцій. В авторефераті подано 15 основних публікацій.

Структура та об’єм дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, 4 розділів, висновків та переліку використаних літературних джерел. Загальний обсяг дисертації становить 152 сторінки машинописного тексту. Ілюстровано 51 рисунком. Перелік використаних літературних джерел містить 175 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У цступі обгрунтовано актуальність теми, визначено мету, відзначено наукову новизну та практичну цінність дисертаційної роботи.

У першому розділі коротко викладені основні. відомості про властивості чистої поверхні перехідних металів, атомну і електронну структуру та електронно-адсорбційні характеристики адсорбованих шарів. Розглянуто основні види взаємодії адсорбованих атомів з підкладкою і між собою. Проведено аналіз наукових публікацій з питань адсорбції електрододатніх елементів і кисню на поверхні металів. Відзначено, що в літературі на початок виконання роботи існували лише окремі розрізнені дані про властивості змішаних адсорбційних систем. Обгрунтовано необхідність проведення систематичних експериментальних досліджень спільної адсорбції рідкісноземельних елементів і кисню на окремих гранях кристалів вольфраму і молібдену.

У другому розділі описана методика проведення експериментальних досліджень. Дослідження проводились у скляних відпаяних балонах та у цільнометалевій надвисоковакуумній установці типу УСУ-4. Тиск залишкових газів оцінювався за допомогою манометричного автоелектронного мікроскопа і під час проведення експериментів не перевищував 10~9 Па. Дослідження атомної і електронної структури підкладки та адсорбованих шарів проводили за допомогою методів дифракції повільних електронів, Оже-електронної спектроскопії та спектроскопії характеристичних втрат енергії повільних електронів, використовуючи чьотирьохсітковий напівсферичний аналізатор з екраном-колектором. Зміни роботи виходу Ф поверхні при адсорбції визначали методом контактної

різниці потенціалів у варіанті Аіідерсона, тобто по зсуву вольтамперних характеристик електронної гармати в гальмівному електричному полі. Дипольні моменти адсорбційного зв’язку /л при малих покриттях адсорбату розраховували за формулою Гельмгольца АФ = 4тіц з нахилу початкових ділянок концентраційних залежностей роботи виходу Ф(п). Теплоту адсорбції визначали за допомогою ізобар адсорбції. Температуру досліджуваних зразків вимірювали термопарою И'І{е5/Ч'Ле20.

Джерелами рідкісноземельних адсорбатів були розплавлені у вакуумі краплі відповідних металів у танталових тиглях. Кисень отримували шляхом термічного розкладу окису міді у тонкостінних платинових трубочках з отворами. Калібрування потоків досліджуваних рідкісноземельних адсорбатів проводили за часом досягнення максимумів інтенсивності додаткових дифракційних рефлексів, що відповідають стехіометричним концентраціям адатомів у вибраних узгоджених з підкладкою структурах на грані Щ112). При визначенні концентрації адатомів на інших гранях грань Щ112) використовували як зразкову. Кількість адсорбованого на поверхні кисню визначали за змінами роботи виходу чистої поверхні АФах, зумовленими присутністю кисню на поверхні.

Підкладки для досліджень виготовляли у вигляді пластин розмірами я 10x5x0,5 мм3, вирізаних електроіскровою різкою з очищених зонним плавленням монокристалів вольфраму чи молібдену. Структурної досконалості поверхні досягали шляхом механічного шліфування і полірування з наступним електрополіруванням, в процесі якого усували поверхневий шар товщиною біля 0,1 мм. Після остаточної обробки поверхні досліджуваних зразків були паралельні до відповідної кристалографічної площини з точністю не гіршою за 10 кутових мінут. Конструкція кристалотримачів дозволяла охолоджувати зразки до температури зрідженого азоту та прогрівати їх до ~ 2800 К. Після знегаження зразки вольфраму і молібдену зневуглецьовувалися у атмосфері кисню (1О^1 Па) протягом 20 годин при температурах 2000 К і 1800 К відповідно.

У третьому розділі наведено результати експериментальних досліджень структур» та електронно-адсорбційних характеристик плівок тербію і самарію на чистій Ірані (112) кристала вольфраму, а також змішаних самарієво-кисневих плівок, адсорбованих на цій грані. Викладено також результати експериментальних досліджень атомної і електронної структури та електронно-адсорбційних властивостей плівок ітербію, адсорбованих на грані (112) кристала молібдену.

Встановлено, що при покриттях 0=0,14 плівки ТЬ і 5т на грані №(112) мають структуру р(Іх7). Острівці структури р(Іх7) зароджуються при 0*0,06 для ТЬ і 6ЗД,08 для 5т.

При О,14<0<О,24 для ТЬ і 5т адллівки ТЬ і Ят складаються із статистичної суміші комірок структур, мабуть, р(1х7) і значно щільніших, таких як р(1х4) і р(ІхЗ), тому що структури р(1х6)(в- 0,17) і р(1х5) (0=0,2) не утворюються при відповідних покриттях. Починаючи з £>=0,24 для ТЬ і на дифракційній картині'з’являються додаткові рефлекси структури с(2х2), яскравість яких збільшується з ростом в і досягає максимуму при 0=0,5, тобто структура с(2х2) росте острівцями і при 0=0,5 заповнює всю підкладку, що свідчить про фазовий перехід першого роду між статистичною сумішшю комірок лінійних структур і структурою с(2х2). При О,5<0<О,55 в шинках 77; і Бт, спостерігається ще один фазовий перехід першого роду між структурою с(2х2) і центрованою структурою с(2х1/0) (0=0,55). Подальше збільшення 0(0> 0,55) аж до утворення моношарових покрить (0=0,79 для ТЬ і 0 =0,78 для 5'ш) веде до одновимірного стиску адплівок ТЬ і вздовж напрямку [111] тобто вздовж борозен на грані ІУ(112). При в>0,79 для ТЬ і 0>0,78 для починає формуватися другий шар плівки адсорбатів. Другий шар ТЬ і росте острівцями поверх першого шару. Другий шар в обох системах має прямокутну структуру з дещо більшою, ніж у першому шарі, сталою кристалічної гратки в напрямку вздовж борозен на грані Ч'(112).

Таким чином, в структурі адсорбованих плівок ТЬ і &м на грані И'(112) прослідковуються ті ж основні закономірності, що і в структурі плівок інших рідкісноземельних елементів на цій грані - ріст острівців структур р(1х7) і с(2х2), одновимірний стиск плівок при 0, які перевищують 0 для стехіометричної структури с(2х2). Індивідуальність рідкісноземельних елементів, яка пов’язана з відмінностями будови їх електронних оболонок, проявляється лише в деяких деталях структурних перетворень, що відбуваються при зміні концентрації адатомів. Вказані відмінності в структурних перетвореннях плівок рідкісноземельних елементів пов’язані, мабуть, з особливостями латеральної взаємодії адатомів, які залежать від переносу заряду в системі адсорбат -підкладка.

Виявлено кореляцію змін Ф і } зі структурними перетвореннями в плівках в міру збільшення концентрації адсорбатів. Областям фазових переходів першого роду відповідають ділянки незначних змін д. Мінімум Ф для обох систем відповідає стехіометричній структурі с(2х2) адсорбованої плівки. Одномірний стиск плівок ТЬ і в області 0>О,55 веде до різкого спаду д. Після завершення формування моношарових покрить ТЬ і 5/п ц досягає значення, близького до теплоти сублімації масивних адсорбатів. Слід відзначити, що плівки 5лі характеризуються значно меншим початковим значенням ц (4,5 еВ) ніж д для ТЬ (5,7 еВ). Одночасно адатоми $т характеризуються дещо більшою

величиною початкового дипольного моменту (3,1 Б в порівнянні з 2,3 О для ТЬ) і значним спадом д при малих в. Тобто в плівках Нт на грані Щ112) значну роль відіграє електростатична взаємодія адатомів, а для адатоміа ТЬ основний вклад в д і її залежність від концентрації вносить обмінна взаємодія. •

Встановлено, що при спільній адсорбції самарію і кисню на грані ЩІІ2) рефлекси структури р(1х7) послаблюються, починаючи з найменших покриттів киснем, а прн АФох а 0,1 еВ вони зникають. Ріст острівців структури с(2х2) £>л спостерігається лише при АФ0Х < 0,5 еВ, коли на поверхні грані є незаповпені структурою р(1х2) кисню ділянки. При цьому покриття і’т, при якому починається ріст острівців структури с(2х2) 5т, збільшується з ростом кількості кисню на поверхні. Якщо на чистій поверхні грані УУ(1І2) рефлекси структури с(2х2) з’являються при 0 « 0,24, то при ЛФ0Х ~ 0,15 еВ вони виникають при 0 ~ 0,35, а при АФох ~ 0,3 еВ покриття віл зростає ло 0~ 0,42. Однак максимум інтенсивності цих рефлексів при всіх покриттях киснем відповідає 0 - 0,5. Прн в > 0,5 для досліджених кисневих покриттів АФ0Х = 0,15 і 0,3 еВ, як і на чистій поверхні, спостерігається фазовий перехід першого роду від структури с(2х2) до структури с(2х!/0,55) і потім стиск плівки самарію вздовж борозен на грані Щ112). При АФох - 0,5 еВ структура с(2х2) адсорбованої плівки Зт не утворюється. Результати структурних досліджень свідчать про те, що адатоми кисню і самарію на грані ІУ(П2), мабуть, внаслідок притягання між ними утворюють стабільну змішану плівку, яка має структуру р(Іх2). Оскільки адсорбційний зв’язок рідкісноземельного адатома .8т мас значну ковалентну складову, адатоми Ят в цій плівці не можуть, подібно до лужних атомів, розміщуватися над атомами кисню. Найімовірніше, вони займають вільні місця в борознах у проміжках між атомами кисню, утворюючи змішану плівку, в якій адатоми кожного елементу мають структуру р(1х2).

Кисень суттєво впливає на початковий нахил кривих залежності роботи виходу адсистеми від концентрації адатомів Ф(п), починаючи з найменших покриттів. При цьому в області покриттів киснем 0,2 <АФ0Х < 0,5 еВ, в якій утворюється стабільна змішана кнснево-самарієва плівка, початковий дипольний момент р адатомів змінюється слабо. Різкі зміни /у мають місце лише нрн АФох < 0,2 еВ. Мінімум роботи виходу при субмоношарових покриттях 5>и спостерігається лише в тій області покриттів киснем (АФох < 0,5 еВ), в якій на поверхні утворюється структура с(2х2) плівки Ят. При цьому положення мінімуму на шкалі концентрацій &’т залишається практично незмінним і відповідає максимуму інтенсивності рефлексів структури с(2х2). Мінімальна величина роботи виходу Фтш спостерігається прн АФ0Х я 0,3 еВ). Цей результат можна пояснити, якщо припустити, що при оптимальному

покрипі Sm мас місце деякий перерозподіл кисню між острівцями стабільної киснево-самарієвої плівки структури р(Іх2) і острівцями Sm структури с(2х2), яка мас таку ж, як і структура р(1х2) концентрацію адатомів Sm. Якби цього перерозподілу не було, то мінімальна величина Ф„і„ була б при 0,5 еВ, коли плівка кисню суцільна. При ЛФох а

0,3 еВ цей перерозподіл приводить до найбільшої. сумарної потужності подвійного електричного шару на поверхні. При ЛФ0Х я 0,5 еВ мінімум Ф при субмоношарових покриттях самарієм зникає і з’являється новий мінімум у другому шарі, глибина якого збільшується в міру збільшення кількості кисню на поверхні. Концентраційна залежність роботи виходу адсистеми Sm-0-W(112) змінюється слабо при підвищенні температури підкладки в усьому інтервалі кисневих покриттів аж до АФоха 1,0 еВ. Це свідчить про те, що не відбувається помітної реконструкції поверхні грані Щ112) при адсорбції Sm в присутності кисню.

Показано, що зі збільшенням кисневого покриття криві термічного випаровування ФСГ) суттєво зміщуються в область вшцих ісмпсратур, тобто термічна стійкість плівок Sm зростає при всіх кисневих покриттях. Це, очевидно, пов’язане з утворенням змішаної киснево-самарієвої плівки, в якій адатоми Sm так зв’язані з адатомами кисню, що збільшується іонна складова зв’язку Sm з підкладкою. Так, при невеликих покриттях Sm (0= 0,2) і АФСХ и 0,8 еВ температури десорбції самарієвої та киснево-самарієвих плівок суттєво відрізняються (AT ~ 350 К). З іншого боку, кисень повинен впливати на обмінну складову енергії зв’язку атомів РЗЕ внаслідок зміни насичення орбіталей поверхневих атомів підкладки. Результати досліджень на грані W(H2) показують, що обмінна частина енергії зв’язку суттєво не зменшується, а тому загальна енергія зв’язку атомів РЗЕ внаслідок збільшення іонної складової зв’язку зростає.

Таким чином, між адатомами кисню і самарію на грані W(112) відбувається ефективна взаємодія, яка суттєво впливає на структуру адсорбованих плівок і їх електронно-адсорбційні властивості.

В роботі встановлено, що на грані (112) молібдену ітербій формує розріджені структури р(іх5) і р(1х4). Структури р(іх2) і р(1х!/0) є відносно щільними, оскільки розміри атома Yb (г = 1,94 А) в порівнянні з розмірами атома Mo (г = 1,37 А) не дозволяють йому займати сусідні адсорбційні місця. Структури р(1х5) і р(1х4) є узгодженими з підкладкою і на грані Мо(112) для рідкісноземельного адєорбата виявлені нами вперше. Узгоджені структури спостерігаються аж до покрить, що відповідають мінімуму роботи виходу. При вищих покриттях спостерігаються центровані, не узгоджені з підкладкою в напрямку [111]

структури аж до формування моношару. Концентрація адатомів Yb в моношарі, розрахована на основі аналізу дифракційних картин, становить 5,7-1014 ат/см2 .

При малих покриттях Yb величини характеристичних втрат енергії електронів для Yb (4,3 еВ) і Мо взаємно перекриваються, що ускладнює їх аналіз. Однак ари збільшенні покриття Yb характеристична втрата енергії електронів змінюється і піки втрат Yb і Мо можна розділити. Зі збільшенням покриття Yb втрата енергії зменшується до значення 3,5 еВ при в- 0,7, потім збільшується до значення 3,8 еВ при в- 1,4 і для товстої плівки Yb (~ 50 моношарів) приймає характерне для Yb значення 4,3 еВ. Такі результати добре узгоджуються з гіпотезою, що непряма взаємодія адатомів може реалізуватися через поверхневі електронні стани, наявність яких є важливою умовою формування розріджених ланцюгових структур. Поведінка характеристичних втрат енергії електрона для Yb 4,3 еВ на Мо також може бути пов’язана з наявністю (Мо) частково заповнених поверхневих електронних станів. У випадку адсорбції Yb на грані Мо(112) спостережувані зміни втрат енергії електронів можуть бути пов’язані зі збудженням одного з -^/"-електронів на незаповнені поверхневі стани, положення яких змінене присутністю адсорбату. Отримані результати узгоджуються з гіпотезою про реалізацію непрямої взаємодії адатомів через частково заповнені' поверхневі електронні стани.

У четвертому розділі наведені результати дослідження електронно-адсорбційних властивостей плівок Gd, Tb, ТУу і По, адсорбованих на грані W(IOO) і плівок Gd і ТЬ, адсорбованих на грані iV(Ul), а також плівок Gd і ТЬ, адсорбованих на гранях W(lll) і W(100) в присутності різних доз кисню, попередньо адсорбованого на цих гранях.

Встановлено, що на грані W(lll) існує значна відмінність ходу концентраційних залежностей роботи виходу Ф(п) при Т=300К від кривих, отриманих після відпалу плівок ТЬ і Gd при вищих температурах (аж до Т=1000К). Подальше збільшення температури кристала не впливає на хід залежностей Ф(п), а спостережувана стабілізація роботи виходу (різна при різних температурах) пов’язана із встановленням рівноважного покриття внаслідок випаровування ТЬ і Gd при даній температурі відпалу кристала. Після відпалу плівки змінюється нахил початкової ділянки Ф(п), зменшується мінімальне значення Ф і дещо збільшуються концентрації ТЬ і Gd, при яких досягається мінімум роботи виходу систем ТЬ-W(UI) і Gd-W(lII). Системи Tb-W(lll) і Gd-lY(llI) характеризуються досить високою теплотою адсорбції адатомів qo в області малих покрить (-5,05 і -5,55 еВ відповідно) і аж до оптимальних. Спостерігається кореляція змін роботи виходу і теплоти адсорбції в залежності від концентрації адсорбату. При малих концентраціях адатомів величина q змінюється незначно, а різкий її спад відбувається при концентраціях ТЬ і Gd, що

перевищують оптимальні. Необоротні зміни залежностей Ф(п) адсистем Tb-W(lU) і Gd-W(lll) при прогріві підкладки до. різних температур свідчать про суттєві зміни електронного стану поверхні, від чого і залежить її робота виходу. Очевидно, відпал плівок ТЬ і Gd приводить до змін поверхневої структури, тобто до перебудови поверхні.-грані W(Hl). Підтвердження гіпотези про перебудову поверхні грані W(1H) в процесі адсорбції ТЬ і Gd можна отримати також з аналізу дипольних моментів ‘адатомів до і після прогріву адплівок. Дипольний момент адатомів ТЬ і Gd в непрогрітій плівці більший, ніж у відпаленій при Т-1000К (відповідно 2,02 D і 1,70 D для ТЬ та 2,07 D і 1,81 D для Gd ). Такі зміни дипольного моменту викликані зменшенням плеча диполя, яке виникає за рахунок збільшення “шорсткості” перебудованої поверхні. Підтвердженням збільшення “шорсткості” поверхні є також зміщення мінімуму роботи виходу у відпаленій плівці в бік збільшення концентрації адсорбату. Адатоми ТЬ і Gd на грані W(lll) володіють високою теплотою адсорбції. З іншого боку, проведені нами за допомогою польового емісійного мікроскопа дослідження показали, що полярність адсорбційного зв’язку адатомів рідкісноземельних елементів з підкладкою є незначною. Отже, в загальну енергію зв’язку адатомів ТЬ і Gd з підкладкою суттєвий вклад вносить обмінна взаємодія. Спльії::£ ковалентний зв’язок адатомів ТЬ і Gd з гранню W(lll) сприяє зміщенню атомів підкладки, тобто її реконструкції. Обмінна взаємодія адатомів через електрошшй газ підкладки зумовлює високу термічну стабільність плівок ТЬ і Gd аж до оптимальних покрить, внаслідок чого адсистеми Tb-W(llJ) і Gd-W(ill) є ефективними в емісійному відношенні.

Встановлено, що зміни Ф грані W(100) при адсорбції Gd, ТЬ, Dy і Но, зумовлені прогрівом адплівок до високих температур, є необоротними, як і на грані И'(ІІ 1). Реконструкції поверхні ірані W(100), як і грані W(lli), сприяє сильний обмінний зв’язок адатомів рідкісноземельних елементів з підкладкою, котрий зумовлює зміщення атомів підкладки. Ступінь реконструкції в значній мірі залежить від температури підкладки. Зміни Ф при різних температурах підкладки спостерігаються не тільки в межах першого, але і другого (Ф плато) шарів адсорбатів. Величини зміни Ф і, зокрема, Ф„,„ при підвищенні температури підкладки більші для Dy і Но, атоми яких мають меншу початкову теплоту адсорбції. Зауважимо, що для всіх досліджених РЗЕ мінімум роботи виходу прогрітих і пепрогрітнх адплівок реалізується при однакових концентраціях адатомів. Цей факт може бути свідченням того, що адатоми РЗЕ при прогріві адсистеми не впроваджуються в підкладку, а завжди знаходяться над перебудованим шаром підкладки. На відміну від грані ЩІ11), реконструкція грані W(100) приводить до погіршення емісійної ефективності металошіівкових систем.

Виявлено, що малі кількості кисню, які відповідають високотемпературній (атомарній) фазі, чинять незначний вплив на положення і глибину мінімуму роботи виходу Ф„„ систем 0і!-0-Я'(ПІ) і ТЬ-О-П’(Ш). Починаючи з ЛФ0Х » 0,7 - 0,9 еВ для і ЛФ0Х а

0,4 - 0,5 еВ для ТЬ і аж до ЛФ^ ~ 1,4 еВ із збільшенням дози попередньо адсорбованого кисшо спостерігається зменшення Фш„ змішаної плівки і збільшення л, при якій досягаються Ф„„ і постійне значення Ф. Відмінності результатів для Осі і ТЬ пов’язані з відмінностями в будові їх електронних оболонок, зокрема з наявністю в всі електрона на 5(1-оболонці. Робота виходу систем ТЬ-0-1¥(111) і ¡1) залежить від температури

підкладки, при якій адсорбується тербій чи гадоліній. Криві Ф(п), отримані в процесі відпалу плівок Оіі і ТЬ до температури 1000 К, суттєво відрізняються від тих, що характеризують адсорбцію йіі і ТЬ на покритій киснем грані 1¥(1І1) при кімнатній температурі. Збільшення температури приводить при одному і тому ж кисневому покритті до зсуву кривих Ф(п) в бік дещо менших концентрацій адсорбату. При цьому мінімальне значення роботи виходу зменшується при кисневих покриттях ЛФ„Х < 1 еВ і збільшується при ЛФох > 1 еВ. Ці відмінності пов’язані, очевидно, з різним електронним станом кисню при малих і великих покриттях. При великих кисневих покриттях і високих температурах підкладки криві Ф(п) значно деформуються. Сильний вплив температури підкладки на Ф систем ТЬ-О-ЩШ) і Сс1-0-\¥(1П) свідчить про додаткову реконструкцію поверхні при адсорбції тербію чи гадолінію, що вже була викликана адсорбцією кисшо. Про реконструкцію поверхні грані Щ111) в присутності кисню свідчить той факт, що Ф системи О-ЩІІІ) сильно змінюється при прогріві підкладки. Ступінь реконструкції поверхні при адсорбції ТЬ і 6У в присутності кисню залежить від температури підкладки. Помітна зміна Ф в характерних точках залежностей Ф(п) спостерігається тільки при Т-900-1000 К, а при Т~700 К Ф,„ш практично не змінюється. При зміні температури підкладки можлива реалізація інших структур змішаних киснево-тербієвих чи киснево-гадолінієвих плівок. В цих структурах адсорбовані атоми можуть відрізнятися електронними станами і тому по-різному змінювати електронний стан поверхні. Встановлено, що зменшення Ф, і зокрема Фті„ , при збільшенні кисневою покриття в значній мірі пов’язане зі збільшенням потужності подвійного електричного шару в результаті зміни при адсорбції кисню електронних властивостей поверхні. Збільшення потужності цього шару зумовлене, по-перше, ростом початкового дипольного моменту ц адсорбційного зв’язку ТЬ і а з підкладкою і, по-друге, зміною концентрації диполів в мінімумі Ф. Виявлено, що термічна стійкість плівок ТЬ і йсі в присутності кисню зростає. Це

відбувається, очевидно, внаслідок збільшеній іонної складової зв’язку ТЬ і Gd з поверхнею W(lll), що випливає з даних про роботу виходу.

В роботі показано, що присутність кисню на грані УУ(ЮО) приводить до значного зменшення мінімального значення роботи виходу систем Gd-W(lOO) і Tb-W(IQO). Відмітимо, що основне зменшення Фші„ відбувається при малих покриттях кисню 0 < АФМ < 0,4 еВ, а наступне збільшення кисневого покриття слабо впливає на значеная Ф~„ . Крім цього, наявність кисню на поверхні приводить до збільшення концентрації Gd і ТЬ, при якій спостерігається мінімум роботи виходу і досягнення Ф сталого значення. Результати досліджень залежностей Ф(п) систем Gd-O-W(lOO) і ТЬ-О-ІУ(ЮО), проведених для великої кількості початкових доз кисню на підкладці, показали, що на значення мінімальної роботи виходу адплівок рідкісноземельних елементіа основний вплив чинять малі покриття кисшо. Крім цього, характер залежностей оптимальної концентрації від кількості нанесеного на підкладку кисшо, як і значення Ф„и„ , залежить від будови електронних оболонок рідкісноземельних адсорбатів.

Встановлено, що при малих покриттях кисню (для Gd - ЛФМ< 0,5 еВ, а для ТЬ - АФ0, 5 1 еВ) термічна стійкість плівок Gd і ТЬ дещо вища, ніж на чистій грані W(100). При АФш >

0,5 еВ для Gd і АФих > 1 еВ для ТЬ термічна стійкість адаплівок стає меншою, ніж на чистій грані W(i00). Зменшення термічної стійкості адплівок рідкісноземельних елементів починається з певних покрить кисню, які є різними для адплівок гадолінію і тербію. Це, мабуть, зумовлене відмінністю в будові електронних оболонок адатомів. Деяке підвищення термостійкості адплівок Gd і ТЬ на грані W(¡00) при малих покриттях кисню може бути обумовлене збільшенням іонної складової зв’язку адатомів з підкладкою, оскільки дипольний момент адатомів збільшується. В той же час послаблення обмінної складової зв’язку адатомів на грані W(100), зумовлене насиченням орбігалей поверхневих атомів є незначним, внаслідок чого термостійкість адплівок рідкісноземельних елементів на грані Щ100) змінюється слабо.

Порівняння результатів дослідженя адсорбції рідкісноземельних елементів на покритих киснем гранях W(lll) і Щ100) переконливо свідчать, що вплив кисню на роботу виходу і термічну стійкість цих елементів суттєво залежить як від атомної будови підкладки, так і від електронної структури адсорбату. На гранях різної атомної будови є різним ступінь реконструкції їх поверхонь, різна кількість і насиченість орбіталей поверхневих атомів, різна можливість проникнення атомів кисшо в приповерхневий шар граней. Це веде до того, що на грані 1¥(100) вже малі покриття кисню різко зменшують Фмп змішаної плівки, а на

грані W(lll) зменшення Фш„ починається тільки при певних покриттях кисню, різних для адсорбатів з різною будовою електронних оболонок. В адплівках лужних елементів цього не спостерігалося. Значення Ф„,„ адсистемц для одних і тих же елементів суттєво відрізняються на гранях W(100) і W(lll). Крім цього, спостерігається якісна відмінність у зміні емісійних властивостей змішаних плівок на цих гранях під впливом температури. При приблизно однакових покриттях кисню на поверхні в області атомарної фази кисню на обох гранях на грані Щ100) Фт,п підвищується з ростом температури підкладки, а на грані W(ill)

- знижується. В області окисної фази кисню ефект зміни Фті„ є протилежним, тобто саме підвищення чи зниження ФтІ„ залежить в свою чергу від електронного стану атомів кисню. При адсорбції атомів рідкісноземельних елементів на чистих гранях з ростом температури підкладки Ф„,„ на грані W(100) підвищувалася, а на грані W(lll) - знижувалась.

Вплив кисню і температури підкладки на Фтт змішаних плівок, а також величина покриття кисню на грані ЩІ11), при якому починається зменшення Ф„„„ , сильно залежить від будови електронних оболонок адатомів рідкісноземельних елементів. Від будови цих оболонок залежить також зростання дипольного момента // адсорбційного зв’язку. Оскільки fi адатомів дещо менше зростає на грані W(100), ніж на грані ІУ(П1), то стає можливим деяке зменшення термічної стійкості адплівок Gd і ТЬ на грані W(100) при дії двох конкуруючих факторів - збільшення іонної і зменшення обмінної складових в загальній енергії зв’язку.

З практичної точки зору змішані плівки на обох гранях є більш перспективними, ніж чисті, оскільки в області мінімальних значень роботи виходу, які суттєво знижені киснем, ці плівки є достатньо термічно стійкими. Це забезпечуе підвищення емісійної ефективності вивчених адсорбційних систем.

ВИСНОВКИ

Отримані в дисертаційній роботі експериментальні результати та їх аналіз дозволили зробити наступні висновки:

1. В плівках ТЬ і Sm на грані ЩІ12) та у плівках Yb на грані Мо(И2) при малих покриттях утворюються розріджені узгоджені з підкладкою ланцюгові структури, що свідчить про переважаючу роль у взаємодії адатомів її обмінної складової. При цьому, якщо на грані \V(I12) характеристики цієї взаємодії в основному подібні для всіх вивчених до даного часу рідкісноземельних елементів, то на грані Мо(1І2) значну роль відіграє електронна будова адсорбату. Вирішальну роль в

утворенні розріджених ланцюгових структур відіграє наявність на поверхні частково заповнених поверхневих електронних станів.

2. Присутність кисню на поверхні Щ112) приводить до посилення диполь-дипольної відштовхувальної взаємодії вдатомів Sm , в результаті чого розріджені узгоджені ч підкладкою ланцюгові структури не утворюються. Кисень суттєво знижує мінімальне значення роботи виходу адсисїеми Sm-W(112). Термічна стабільність змішаних самарієво-кисневих плівок внаслідок збільшення іонної складової зв’язку адатомів з підкладкою зростає при всіх кисневих покриттях. Спільна адсорбція самарію і кисню на грані ЩИ2) не супроводжується помітною реконструкцією поверхні.

3. При температурах підкладки 300-1000К адсорбція рідкісноземельних елементів па гранях №(111) і W(!00) може супроводжуватися помітною реконструкцією поверх:;: ¡¡наслідок суттєвої ролі обмінного зв’язку адатома з підкладкою, який має локалізований характер. Ступінь реконструкції поверхні залежить від температури підкладки і електронної структури адсорбату. Реконструкція поверхні менша у випадку адсорбатів, в електронній будові атома яких у вільному стані наявний d-електрон. Наслідком реконструкції поверхні є покращення емісійної ефективності адплівок на грані W(lll) і її погіршення на грані ІУ(ІОО).

4. Присутність попередньо адсорбованого кисню на Ірані W(lll), починаючи з деяких покрить, різних для різних адсорбатів, приводить до суттєвого зниження мінімального значення роботи виходу плівок Gd і ТЬ і збільшення концентрації адсорбату, при якій цей мінімум реалізується. Термічна стабільність плівок Gd і ТЬ в присутності кисню збільшується.

5. На грані Щ100) присутність попередньо адсорбованого на поверхні кнешо веде до значного зниження мінімальної роботи виходу плівок Gd і ТЬ і збільшення концентрації адсорбату, при якій цей мінімум реазізується, починаючи з найменших покрить кисню. Зміни термічної стабільності адплівок в присутності кисню незначні.

6. Зміни термічної стабільності адплівок Gd і ТЬ на гранях W(UI) і Щ100) зумовлені змінами відносного вкладу іонної та обмінної частин зв’язку адатома з підкладкою внаслідок збільшення дипольного моменту зв’язку та змін електронного стану поверхні, зумовлених присутністю кисню на поверхні.

7. Спільна адсорбція рідкісноземельних елементів і кисню на гранях W(lll) і W(100)

може супроводжуватися реконструкцією поверхні. Прогрів плівок до температури 1000К приводить до значної деформації кривих залежності Ф(п), що вказує на існування на поверхні складних перебудовних процесів. j

8. Характеристики взаємодії адатомів у присутності кисню на гранях W(lll) і И'(ІОО) та зумовлені цією взаємодією електронно-адсорбційні властивості плівок в сукупності залежать як від атомної та електронної структури підкладки, так і від електронної структури адатомів РЗЕ і кисню на поверхні.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В РОБОТАХ:

1. Ф.М.Гончар, 7'.П.Смерека, С.И.Степановский, Г.В.Бабкин. Адсорбция тербия и гадолиния

на грани (111) кристалла вольфрама. // Физика твердого тела.1988, т.30, вып.12. С.3541-3544.

2. В.К.Медведев, Т.П.Смерека, С.И.Степановский, Г.В.Бабкин.. Совместная адсорбция тербия и кислорода на грани (111) кристалла вольфрама. // Украинский физический журнал. 1990. Т.35, №2. С.251-255.

3. В.К.Медведев, Т.П.Смерека, С.И.Степановский, Ф.М.Гончар, Р.Р.Каменецкий. Адсорбция тербия и гадолиния на грани (100) кристалла вольфрама. // Физика твердого тела. 1991, т.ЗЗ, вып.12. С.3623-3626.

4. В.К.Медведев,Т.П.Смерека, С.И.Степановский, Ф.М.Гончар. Адсорбция тербия и самария на грани (112) кристалла вольфрама. // Украинский физический журнал. 1992. Т.37, №7. С. 1053-1057.

5. T.P.Smereka, S.l.Stepanovskii, R.R.Kamenetskii. Common adsorption of rare-earth elements and oxygen on certain faces of tungsten crystal. // Vacuum. 1995, v.46, N 5/6. P.425-427.

6. В.К.Медведев, Т.П.Смерека, С.І.Степановський. Спільна адсорбція самарію і кисню на грані (112) кристала вольфраму. // Український фізичний журнал. 1995. Т.40, N8. С.849-855.

7. V.K.Medvedev, T.P.Smereka, S.l.Stepanovskii, I.M.Ubogyi, R.R.Kamenetskii. Surface Reconstruction under the Influence of Adsorbed Layers. // Physical Collected Papers. V.3. 1998. P.70-78.

8. Ф.М.Гончар, Т.П.Смерека, С.І.Степановський, Б.М.Палюх. Теплота адсорбції атомів гадолінію і тербію на грані (111) вольфраму- // Вісн. Львів, ун-ту. Сер.фіз.-1987,-Вип.21:Електронні процеси в твердих тілах.-С.95-98.

9. С.І.Степановський, Т.П.Смерека, М.С.Гупало, Г.В.Бабкін, Б.М.Палюх. Електронний стан атомів тербію, адсорбованих на вольфрамі. // Вісн. Львів, ун-ту. Сер.фіз.-1987.-Вип.21: Електронні процеси в твердих тілах.-С.99-102.

10. Т.П.Смерека, С.І.Степановський, Ф.М.Гончар, Р.Р.Каменецькнй. Електроі^но-адсорбційні властивості плівок гольмію на грані (100) кристала вольфраму. // Вісн. Львів, ун-ту. Сер. фіз. 1993. С.107-111.

11. Т.П.Смерека, Ф.М.Гончар, С.И.Степановский. Реконструкция подложки ари адсорбции

атомов диспрозия, тербия и гадолиния на грани (100) кржлалла ¡¡сльфрама. // В сб. “Физико-химические, структурные и эмиссионные свойства тонких пленок и поверхности твердого тела”. Под ред. акад. АНУ Н.Г.Находкина. Киев УМК ВО 1992. С. 127-137. - '

12. Т.П.Смерека, С.І.Степановський, Р.Р.Каменецькнй. Робота виходу і термічна стійкість адсорбованих плівок Gd і ТЬ на покритих киснем гранях (100) і (111) кристала вольфраму. И В зб. “Фізико-хімічні, структурні та емісійні власишості топких плівок і поверхні твердого тіла”. Під ред.акад. НАНУ М.Г.Находкіна. Вип.2, кн.1. Запоріжжя. 1995. С.139-158.

13. Т.П.Смерека, С.І.Степановський, Р.М.Кушнір, Г.В.Бабкін. Вплив кисню на емісійпо-ацсорбційні властивості плівок гадолінію на грані (111) кристала вольфраму. ¡1 Фізична електроніка. 1992. Вип.42. С.88-95.

14. T.P.Smereka, S.I.Stepanovskii, Ya.B.Losovyi, F.M.Honchar, L.P.Zadorozhnyi. Oxygen influence of emission properties of metal-film systems. // 39th International Fild Emission Symposium. Halifax, Nova Scotia, Canada. August 10-14.1992. P.70.

15. T.P.Smereka, S.I.Stepanovskii. Coadsorption of rare-earth elements and oxygen on separate faces of tungsten crystal. // 17th International Seminar on Surface Physics. Kudowa, Poland. June 6-11, 1994. Programme & Abstraes. P.C32.

Степановський С.І. Спільна адсорбція рідкісноземельних елементів і кисню на гранях кристалів вольфраму і молібдену. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.13 - фізика металів. -Львівський національний університет імені Івана Франка, Львів, 2000.

Дисертація присвячена експериментальному дослідженню атомної і електронної структури і електронно-адсорбційних властивостей Плівок рідкісноземельних елементів, адсорбованих на поверхні граней (112), (111) і (100) кристала вольфраму і (112) кристала молібдену, а також впливу на ці характеристики попередньо адсорбованого на поверхні кисню в залежності від концентрації адсорбату, температури підкладки і кількості кисню на поверхні.

Встановлено, що в плівках Tb і Sm на грані W(H2) і Yb на грані Мо(П2) при малих покриттях утворюються розріджені узгоджені з підкладкою ланцюгові структури, що свідчить про переважаючу роль у взаємодії адатомів її обмінної складової. Визначальну роль в утворенні розріджених ланцюгових- структур відіграє наявність на поверхні частково заповнених поверхневих електронних станів. Присутність кисню на поверхні грані )¥(П2) перешкоджає утворенню розріджених ланцюгових структур адсорбованої плівки.

Присутність на поверхні граней Щ112), W(lll) і W(100) попередньо адсорбованого кисню веде до значного зниження мінімального значення роботи виходу плівок рідкісноземельних елементів. Термічна стабільність плівок рідкісноземельних елементів, адсорбованих на гранях Щ112) і W(lll), збільшується в присутності кисню при всіх кисневих покриттях. Адсорбція рідкісноземельних елементів на гранях W(1J1) і W(100) в присутності кисню може супроводжуватися реконструкцією поверхні.

Ключові слова: адсорбція, робота виходу, термічна стабільність, реконструкція, латеральна взаємодія, атомна і електронна структура, рідкісноземельні елементи, кисень, вольфрам, молібден.

Степановскиґі С.И. Совместная адсорбция редкоземельных элементов и кислорода на гранях кристаллов вольфрама и молнбдена. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.13 - физика металлов. - Львовский национальный университет имени Ивана Франко, Львов, 2000.

Диссертационная работа посвящена экспериментальному исследованию атомной и электронной структуры и электронно-адсорбционных свойств пленок редкоземельных

элементов, адсорбированных на поверхности граней (112), (111) и (100) кристала вольфрама и (112) кристалла молибдена, а также влияния на эти характеристики предварительно адсорбированного на поверхности кислорода в зависимости от концентрации адсорбата, температуры подложки и количества кислорода на поверхности. ,

Установлено, что в пленках ТЬ и Sm на грани W(I12) и Yb на грани Мо(112) при малых покрьлйях образуются разреженные согласованные с подложкой цепочечные структуры, что свидетельствует о преобладающей роли во взаимодействии адатомов его обменной составляющей. Определяющую роль в образовании разреженных цепочечных структур оказывает присутствие на поверхности частично заполненных поверхностных электронных состояний. Присутствие кислорода на поверхности грани W(l¡2) препятствует образованию разреженных цепочечных структур адсорбированной пленки.

Присутствие на поверхности граней W(l¡2), W(1¡1) и W(100) предварительно адсорбированного кислорода приводит к значительному снижению минимального значения работы выхода пленок редкоземельных элементов. Термическая стабильность пленок редкоземельных элементов, адсорбированных на гранях W(112) и IV(1 II), увеличивается в присутствии кислорода при всех кислородных покрытиях. Адсорбция редкоземельных элементов на гранях W(lll) и W(100) в присутствии кислорода может сопровождаться реконструкцией поверхности.

Ключевые слова: адсорбция, работа выхода, термическая стабильность,

реконструкция, латеральное взаимодействие, атомная и электронная структура, редкоземельные элементы, кислород, вольфрам, молибден.

Stepanovskyy S.I. The common adsorption of rare-earth elements and oxygen on the tungsten and molybdenum crystal faces.

Thesis for the Degree of Candidate of Physical and Mathematical Sciences in speciality 01.04.13 - Physics of Metals. Lviv Ivan Franko National University, Lviv, 2000.

The dissertation is dedicated to the experimental research of atomic and electron structure and electron-adsorption properties of films of rare-earth elements adsorbed on the (112), (111) and (100) faces of tungsten and on the (112) face of molybdenum. The influence of oxygen, previously adsorbed on a surface, on these characteristics was studied at various on concentrations of an adsórbate, temperatures of a substrate and quantities of oxygen on a surface.

It is established that in the films of Tb and Sm on W(U2) face and Yb on Mo(112) face at small coverages of adsórbate have the dilute chain structures commensurate with a substrate. This is an evidence of a dominating role of the indirect interaction of adsorbed atoms. The detennining role

in formation of the dilute chain structure is rendered by a presence of partially-filled surface electronic states on a surface. The presence of oxygen on the W(112) face precludes with formation of dilute chain structures of an adsorbed film. At the presence of oxygen the minimal value of the work function of adsorbtion system Sm-W(U2) considerably decreases and the thermal stability of adsorbed films of samarium increases.

It is found that in the range of substrate temperatures of 300-1000K the adsorption of rare-earth metals on W(1I1) and W(100) faces can be accompanied by a reconstruction of the surface owing to a considerable role of localized exchange binding of an adsorbed atom with a substrate. The presence of the previously adsorbed oxygen on W(11J) and iV(100) faces leads to a considerable decreasing of minimal value of the work function of films of rare earth metals adsorbed on these faces and to increasing of the concentration of adsorbed atoms at which this minimum is realised. The thermal stability of films of rare-earth elements adsorbed on W(lll) face, increases at the presence of oxygen at all oxygen coverages. The adsorption of rare-earth metals on W(111) and W(I10) faces at the presence of oxygen can be accompanied by reconstruction of the surface.

It is supposed, that the changes of thermal stability of the adsorbed films Th and Gd on W(lll) and IV(100) faces are conditioned by increasing of ionic component of binding owing to increase of electrical dipole moment of binding and decrease of the exchange part of binding owing to change of an electronic state of the surface caused by presence of oxygen on the surface. In dissertation the conclusion is made, that the characteristics of interaction of the adsorbed atoms of rare-earths metals in presence of previously adsorbed oxygen on W(1I1) and IV(IOO) faces and electron-adsorption properties, caused by this interaction, and characteristics of adsorbed films in aggregate depend on atomic and electronic structure of a substrate, as well as on the electronic structure of adsorbed atoms on the surface.

Key words', adsorption, work function, thermal stability, reconstruction, lateral interaction, atomic and electronic structure, rare-earth elements, oxygen, tungsten, molybdenum.