Упругое и неупругое взаимодействие электронов средних энергий с поверхностью твердого тела тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи УДК537.533.35

ПРОНИН ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ

УПРУГОЕ И НЕУПРУГОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРОНОВ СРЕДНИХ ЭНЕРГИЙ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Специальность 01.04.07 — физика конденсированного состояния Специальность 01.04.04- физическая электроника

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

005555879

Санкт-Петербург 2014

2 7 НОЯ 2014

005555879

Работа выполнена на кафедре физической электроники Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена».

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Кораблев Вадим Васильевич,

профессор кафедры физической электроники Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»;

доктор физико-математических наук, профессор Баскин Лев Мордухович,

заведующий кафедрой высшей математики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича»;

доктор физико-математических наук, профессор Барабан Александр Петрович,

профессор кафедры электроники твердого тела Санкт-Петербургского государственного университета

Ведущая организация

Федеральное государственное учреждение науки «Физико-технический инстшут им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук»

Защита состоится «» 2014 г. в » часов на

заседании диссертационного совета Д 211199.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук созданного на базе Российского государственного педагогического университета имени А.И.Герцена по адресу: 191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, 48, корпус 3, ауд. 52.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена (191186, Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, 48, корп. 5) и на сайте университета по адресу:

http://disser.herzen.spb.ru/Preview/Karta/karta 000000099.html

Автореферат разослан « 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ' Анисимова Надежда Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Важнейшим направлением современной науки является формирование и исследование низкоразмерных, наноразмерных систем. Развитие нанотехнологий невозможно без совершенствования методов диагностики наносистем, среди которых наиболее информативными являются методы электронной спектроскопии и электронной микроскопии: Оже-электронная спектроскопия, спектроскопия характеристических потерь энергии, фотоэлектронная спектроскопия, электронная дифрактометрия, растровая электронная микроскопия и пр. Все эти методы, так или иначе, базируются на двух элементарных процессах взаимодействия электронов с веществом - процессах упругого и неупругого рассеяния, которые определяют транспорт электронных потоков в конденсированных средах, в частности глубину проникновения электронов, пространственные и энергетические распределения проникающих в мишень электронов.

Без количественного описания этих элементарных процессов взаимодействия электронов с твердым телом принципиально невозможно решать проблемы диагностики среды методами электронной спектроскопии и микроскопии. Так, широко распространенные методы определения элементного состава приповерхностной области твердого тела, основанные на Оже-электронной и рентгеновской флуоресцентной спектроскопии, в общем случае являются качественными методиками в связи с неопределенностью целого ряда факторов, в частности фактора обратного рассеяния электронов, который в значительной степени определяет генерацию регистрируемого сигнала. Остается открытым также вопрос о глубине диагностики, связанный с длинами свободных пробегов электронов относительно упругого и неупругого взаимодействия. Теоретические модели, описывающие эти взаимодействия, как правило, не имеют прямого экспериментального подтверждения.

Диссертационная работа посвящена в первую очередь экспериментальным исследованиям наиболее информативных дифференциальных по углу характеристик упругого и неупругого отражения электронов приповерхностной областью конденсированного состояния вещества, информация о которых до проведения настоящего исследования практически отсутствовала, и разработке на этой основе моделей упругого отражения электронов. Исследование проведено в области средних энергий электронов - сотни эВ — единицы кэВ, в которой глубина анализа находится в пределах от долей до десятков нанометров. Такой диапазон энергий является наиболее предпочтительным для диагностики наноструктур, в том числе и приповерхностной области твердого тела. На основе полученных результатов в работе развивается новый вид электронной спектроскопии, позволяющий получать количественную информацию о приповерхностной области твердого тела - спектроскопия упругого отражения электронов с разрешением по углу, и анализируются возможности этого метода при диагностике наноразмерных структур методами растровой электронной микроскопии.

В работе объединены результаты исследований, полученные автором с коллегами в течение более сорока лет работы в лаборатории эмиссионной электроники РГПУ им. А.И. Герцена.

Проблема исследования — развитие методов диагностики твердого тела на основе изучения элементарных процессов взаимодействия электронов с его приповерхностной областью.

Целью настоящей работы является экспериментальное и теоретическое исследование процессов упругого и неупругого отражения электронов в среднем диапазоне энергий от поверхности конденсированного состояния вещества и формирование на этой основе количественной методики диагностики приповерхностной области твердого тела.

Объектами исследования служили в основном нанесенные термическим распылением на аморфные подложки в условиях сверхвысокого вакуума металлические пленки.

В диссертационном исследовании решались следующие задачи:

1) разработка и апробация экспериментальных методик, позволяющих исследовать интегральные и дифференциальные по углу характеристики упругого и неупругого отражения электронов поверхностью твердого тела;

2) экспериментальное исследование интегральных и дифференциальных по углу характеристик упругого и неупругого отражений электронов приповерхностной областью конденсированного состояния вещества;

3) развитие моделей, обеспечивающих расчет интегральных и дифференциальных по углу коэффициентов упругого отражения электронов;

4) разработка и апробация неразрушающих методов диагностики элементного состава приповерхностной области твердого тела с разрешением по глубине на основе спектроскопии упругого отражения с разрешением по углу;

5) определение на основе спектроскопии упругого отражения с разрешением по углу параметров приповерхностной области твердого тела, в том числе длины пробега электронов относительно неупругого взаимодействия, вероятности поверхностных потерь, внутреннего потенциала вещества.

6) исследование возможностей спектроскопии упругого отражения электронов для диагностики приповерхностной области методами растровой электронной микроскопии.

Новизна представленных результатов

В отличие от предыдущих исследований, посвященных в основном изучению интегральных характеристик упругого отражения электронов, разработана экспериментальная методика, позволяющая в одном измерительном пространстве определять интегральные и дифференциальные по углу абсолютные значения интенсивностей пучка упруго отраженных электронов (УОЭ) от поверхности твердого тела.

Впервые проведено систематическое экспериментальное исследование угловых распределений электронов, упруго отраженных приповерхностной областью твердого тела в широком диапазоне энергий электронов, углов их падения и атомных номеров веществ, и установлены основные закономерности

этих характеристик. Впервые установлена роль однократного рассеяния в формировании коэффициентов упругого отражения электронов твердым телом.

Впервые предложена неразрушающая методика спектроскопии упругого отражения электронов с разрешением по углу, позволяющая определять комплекс характеристик приповерхностной области твердого тела, включающий количественный анализ элементного состава с разрешением по глубине, внутренний потенциал вещества, вероятность поверхностных потерь, длину пробега электронов относительно неупругого взаимодействия.

Впервые проведено систематическое исследование дифференциальных характеристик неупруго отраженных электронов (НОЭ) в средней области энергий электронов в широком диапазоне углов их падения на мишень для веществ от бериллия до свинца, установлено явление анизотропии спектров НОЭ.

Теоретическая значимость работы определяется тем, что в ней развиты теоретические представления об упругом отражения электронов средних энергий от поверхности твердого тела, основанные на модели кратного упругого рассеяния электронов на отдельных атомах твердого тела с учетом специфических твердотельных эффектов, включающих объемное и поверхностное ослабление электронных потоков и их преломление на границе твердое тело — вакуум. Развитые модели обеспечивают количественное согласие расчетов с экспериментальными результатами. В случае золота, для которого экспериментальные результаты существенно отличались от расчетных на основе дифференциальных сечений упругого рассеяния, известных из литературы, проведены собственные расчеты дифференциальных сечений упругого рассеяния, позволившие обеспечить согласование экспериментальных результатов с расчетными. Результаты экспериментальных исследований дифференциальных характеристик неупругого отражения электронов дают обширный материал для развития теории неупругого взаимодействия электронов с твердым телом.

Практическая значимость работы определяется тем, что в ней определены: 1) аналитические возможности спектроскопии упругого отражения электронов с разрешением по углу как количественного неразрушающего метода диагностики приповерхностной области твердого тела, 2) длины свободного пробега электронов относительно неупругого взаимодействия, вероятности поверхностных потерь и внутренний потенциал для исследованных веществ; 3) возможности растровой электронной микроскопии в режиме регистрации электронов с селекцией по энергиям для количественной диагностики элементного состава с наноразмерным разрешением. Полученные результаты могут быть использованы при разработке нового диагностического оборудования в области физики поверхности. Результаты работы могут быть также использованы в учебном процессе при подготовке магистрантов и аспирантов в области физики конденсированного состояния.

Достоверность и обоснованность полученных результатов и выводов обеспечивалась адекватностью экспериментальных методик поставленным задачам, корректным учетом систематических ошибок измерений, воспроизводимостью результатов исследований, использованием для

интерпретации экспериментальных результатов современных модельных представлений, а также непротиворечивостью полученных результатов имеющимся литературным данным по проблеме исследования.

Личный вклад автора. В совместных с сотрудниками работах автору принадлежат основные идеи научных исследований, идеи разработки и изготовления экспериментальных приборов, проведение большинства экспериментов и расчетов, а также обобщение полученных результатов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Пространственные распределения упруго отраженных электронов длг. всех веществ от Z = 4 до Ъ = 82 имеют немонотонный характер, определяемый энергией электронов и атомным номером вещества, и их ход для электронов средних энергий коррелирует с кривыми дифференциальных сечений упругого рассеяния электронов на отдельных атомах.

2. Адекватной моделью, количественно описывающей яштение упругого отражения электронов приповерхностной областью твердого тела в диапазоне средних энергий, является модель кратного упругого рассеяния электронов на отдельных атомах твердого тела с учетом эффектов ослабления их интенсивности за счет объемных и поверхностных потерь энергии и преломления электронной волны на границе твердое тело — вакуум.

3. Изменение потенциалов взаимодействия электронов с атомами твердого тела по сравнению с их потенциалами взаимодействия с изолированными атомами не влияет существенным образом на характеристики упругого отражения электронов для больших углов рассеяния.

4. Вклад однократно рассеянных электронов в коэффициент их упругого отражения определяется веществом мишени, энергией электронов, имеет немонотонную зависимость от угла рассеяния, изменяясь от 3% в минимумах углового распределения до 70% — в максимумах.

5. Анализ пространственных распределений упруго отраженных электронов является экспериментальной основой спектроскопии, позволяющей получать комплекс характеристик приповерхностной области твердого тела, включающий распределение элементного состава приповерхностной области образца с разрешением по глубине, длину пробега электронов относительно неупругого взаимодействия, вероятность поверхностных потерь, внутренний потенциал.

6. Пространственные распределения неупруго отраженных электронов для широкого класса веществ от Ъ = 4 до Ъ = 82 имеют немонотонный характер, определяемый структурой пространственного распределения упруго отраженных электронов, зависят от величины потери энергии, и при больших потерях близки к косинусоидальным.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на следующих конференциях:

— XV, XVI, XIX, XX, XXI Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Киев, 19-22 ноября 1973 г.; Махачкала, 8-11 сенгября 1976 г.; Ташкент, 18-21 сентября 1984 г.; Киев, 17-19 ноября 1987 г.; Ленинград, 29-31 января 1991 г.);

- Всесоюзных симпозиумах по вторичной и фотоэлектронной эмиссии (Москва, 24-26 апреля 1972 г.; Москва, 10-13 марта 1978 г.);

- IV Всесоюзном симпозиуме по современным проблемам физики вторичной и фотоэлектронной эмиссии (Ленинград, 17-19 марта 1981 г.);

- VI Всесоюзном симпозиуме по вторично-электронной, фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела (Рязань, 10—12 сентября 1986 г.);

- I школе «Взаимодействие электронов малых и средних энергий с твердым телом» (Ростов на Дону, 11-18 сентября 1988 г.);

- Всесоюзной конференции «Поверхность—89» (Черноголовка, 4—6 июля 1989 г.);

- VII Всесоюзном симпозиуме по вторичной электронной, фотоэлектронной эмиссиям и спектроскопии поверхности твердого тела (Ташкент, 7-9 июня 1990 г.);

- XXII конференции по эмиссионной электронике (Москва, январь 1994 г.);

- XXIII International Conference on Photonic Electronic and Atomic Collisions (Stockholm, Sweden, 23.07-29.07.2003 г.);

- конференции «Conference on Electronic Spectroscopy and Structure» («ICESS-10»), (Brazil, 28.08-01.09.2006 г.);

- IX Международной конференции «Физика в системе современного образования» («ФССО-07»), (Санкт-Петербург, 4-8 июня 2007 г.);

- Международной конференции «Наноразмерные системы» (НАНСИС-

2007), (Киев, 21-23 ноября 2007 г.);

- XXII Российской конференции по электронной микроскопии (ЭМГ-

2008), (Черноголовка, 2-6 июня 2008 г.);

- XI международной конференции «Физика диэлектриков» («Диэлектрики-2008»), (Санкт-Петербург, 3-7 июня 2008 г.);

- X международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» (Астрахань, 16-19 сентября 2008 г.);

- 8, 10, 11, 12-ой Всероссийских с международным участием научно-технических конференциях «Быстрозакапенные материалы и покрытия» (Москва, 30 ноября - 1 декабря 2009 г.; Москва, 29-30 ноября 2011 г.; Москва, 27-28 ноября 2012 г.; Москва, 26-27 ноября 2013 г.);

- Г51 international conference. Nanomaterials: Applications & properties (NAP—2011) (Alushta, Crimea, 27-30 сентября 2011 г.);

- XXVII International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions (ICPEAC 2011), 2011 г.;

- 6-ой международной конференции по физической электронике (Ташкент, Узбекистан, 23-25 октября 2013 г.);

- XVIII Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердого тела (Черноголовка, 3—7 июня 2013 г.);

- 21-ой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Вакуумная техника и технологии - 2014» (Санкт-Петербург, 17-19 июня 2014 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 67 печатных работ, из них 21 статья в рецензируемых журналах.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Полный объем составляет 281 страницу, в том числе 205 рисунков, 13 таблиц и список литературы (132 ссылки) на 16 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы выбор темы и актуальность исследования, сформулированы цель работы, научная новизна полученных результатов, практическая и теоретическая значимость работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Экспериментальные методы исследования пространственного распределения упруго и неупруго отраженных электронов поверхностью конденсированного состояния вещества» описана методика экспериментальных исследований пространственных распределений упруго и неупруго отраженных электронов. В работе исследовались в основном пленки различных материалов (Ве, Mg, AI, Си, Ag, Ва, Au, Pb, Bi), полученные методом вакуумного напыления на зеркально полированные аморфные подложки непосредственно в измерительном приборе в условиях сверхвысокого вакуума не хуже 10~9 Topp.

Проведенные исследования можно разделить на три этапа. На первом этапе исследования проводились в высоковакуумном приборе первого поколения типа квазисферического конденсатора, сконструированного на базе стеклянной сферы диаметром 160 мм и содержащего 14 неподвижных цилиндров Фарадея.

На втором этапе исследования проводились в сверхвысоковакуумных стеклянных приборах типа квазисферического конденсатора, оснащенных малогабаритными подвижными электронными спектрометрами. Были разработаны электронные спектрометры двух типов: спектрометр с задерживающим полем и уникальный малогабаритный светосильный дисперсионный спектрометр коробчатого типа. Оба типа анализаторов обеспечивали разрешение по углу порядка 1° и относительное разрешение по энергии АЕУЕ <0,5%. В качестве детектора электронов в обоих анализаторах использовались каналовые ВЭУ типа ВЭУ-6, позволяющие в режиме счета отдельных импульсов проводить измерение пространственных распределений электронов при первичных токах порядка 10"1О-И0'12 А, что практически исключало радиационную деформацию поверхности в процессе измерений.

На третьем этапе на базе сверхвысоковакуумной установки УСУ-4 разработан универсальный электронный спектрометр, оснащенный двухсеточным анализатором типа квазисферического конденсатора, позволяющим измерять интегральные по углу характеристики упругого и неупругого отражения электронов при нормальном угле падения, и подвижным малогабаритным электронным спектрометром для исследований дифференциальных по углу характеристик электронов в области углов падения 8

0°-85° и углов рассеяния 5°-165°. Использовались те же типы спектрометров, что и в приборах второго поколения. В отличие от первых приборов прибор третьего поколения обеспечивает измерение абсолютных значений как интегрального коэффициента упругого отражения электронов приповерхностной областью твердого тела, так и абсолютных значений коэффициентов упругого рассеяния электронов в узком телесном угле.

Расчет интегрального коэффициента упругого отражения проводился по формуле:

R = lf~K, (1)

*о

где /0 — ток первичного пучка электронов с энергией Е, 1К — ток коллектора, измеряемый при подаче на вторую сетку задерживающего потенциала U3 = Е/е - (З-т-5) В, К - коэффициент пропускания сеток. Коэффициент пропускания определялся двумя способами. В первом случае вместо мишени в центр системы на фланце с четырьмя степенями свободы вводился электронный прожектор, формирующий электронный пучок с энергией Е и расходимостью до ~30 градусов. Соотношение токов коллектора и тока прожектора при подаче на вторую задерживающую сетку соответствующего потенциала позволяло определить искомый коэффициент прохождения, который в области энергий электронов более 200 эВ слабо зависит от энергии и равен К= 0,42+0,02.

При определении коэффициента пропускания вторым способом в центр системы помещалась мишень, на которую подавалось такое же напряжение, как и на катод электронной пушки, что приводило к «отражению» электронного пучка от мишени без потерь энергии. Далее измерялась кривая задержки тока коллектора при подаче на вторую сетку задерживающего потенциала. По отношению тока коллектора к первичному току также определялся коэффициент прохождения системы, который хорошо согласуется с результатами, полученными первым способом.

Определение абсолютного коэффициента упругого отражения в узком телесном угле осуществлялось следующим образом. При определенной энергии первичного пучка электронов и нормальном угле падения измерялся интегральный коэффициент упругого отражения электронов R. Далее подвижный детектор-анализатор вводился в рабочий объем спектрометра и измерялось пространственное распределение электронов 1(9) в относительных единицах. Абсолютное значение г(0) рассчитывалось по формуле:

/■(*)=——---т (2)

2к j7(0)-sin<9 ¿0

пП

Погрешность в определении г(0), связанная с погрешностью измерения R и погрешностью расчета интеграла по формуле (2), по нашим оценкам не превосходит 5%.

В этой главе проведен подробный анализ и других наиболее существенных систематических ошибок, возникающих при регистрации пространственных распределений УОЭ.

Во второй главе «Экспериментальные исследования пространственных распределений электронов, упруго отраженных поверхностью твердого тела» приведены результаты экспериментальных исследований коэффициентов упругого отражения электронов в узком телесном угле от массивных пленок Ве, А1, Си, А§, Ва, Аи, РЬ, В1 для различных углов падения 0-ь80 градусов и энергий первичных электронов Ер= 10+2000 эВ. На рисунках 1—2 приведены характерные пространственные распределения УОЭ для некоторых исследованных веществ при нормальном и наклонном падении первичного пучка электронов. Для всех исследованных веществ обнаружен анизотропный характер угловых распределений, зависящий от энергии электронов и атомного номера вещества.

&,г рад

Рис. 1 — Угловые распределения УОЭ для Ве, А1, Си, А§ и Аи при нормальном падении первичного электронного пучка. Е, кэВ: 1-0,1; 2-0,2; 3-0,3; 4-0,4; 5-0,6; 6-0,8; 7-1; 8-1,5; 9-2

Измерены зависимости интенсивностей рассеяния на фиксированный угол для различных веществ от энергии электронов (рисунок 3) и угла их падения на мишень (рисунок 4). Обнаружено явление углового сдвига особенностей

пространственного распределения УОЭ при изменении угла падения

в, град

Рис. 2 - Угловые распределения УОЭ для Аи при ср = 75°.

Рис. 3 — Зависимости интенсивности УОЭ на угол £?= 155° от энергии электронов для Ве (1), А1 (2), Си (3), (4), Аи (5). <р = 0°

В этой же главе приведены результаты исследования угловых распределений УОЭ при послойном напылении золота на бериллий и бериллия на золото.

шт

1.0

0,5

h{0)nm

_1_L_

0 30 60 90 -30 0 30 60 90

в, град в, град

а) б)

Рис. 4 — Зависимости относительной интенсивности упругого рассеяния электронов на угол в— 155° от угла падения электронов на мишень, а) Ве. Е, кэВ: 1-0.2; 2-0.6; б) Си. £,кэВ: 1-1.0; 2-0.3

¡((h. отн. ед.

/( в), отн. ед.

150 120 90 60 30 0 150 120 90 60 30

^ град в, град

а) б)

Рис. 5 - Угловые распределения УОЭ. а) А§. Е = 0.2 кэВ. 1-^ = 0°; 2 - <р = 75°;

б) Аи. Е = 0.6 кэВ. 1 - <р =75°; 2-^ = 30°

Полученные экспериментальные результаты являются основой для формирования моделей упругого отражения электронов приповерхностной областью конденсированного состояния вещества.

В третьей главе «Модели упругого отражения электронов поверхностью конденсированного состояния вещества» приводится феноменологическое описание упругого отражения электронов поверхностью твердого тела, методики расчета коэффициентов упругого отражения и сопоставление

результатов расчета с экспериментальными результатами. Важнейшим положением модели является предположение о том, что упругое отражение электронов поверхностью в средней области энергий определятся в первую очередь их упругим рассеянием на отдельных атомах твердого тела, при этом электроны, выходящие в вакуум, могут испытать несколько актов упругого рассеяния на атомах. Учет кратного рассеяния при расчете коэффициентов упругого отражения электронов твердым телом реализован как аналитическим методом, так и методом статистических испытаний. Аналитически дифференциальный коэффициент упругого отражения электронов рассчитывался по формуле:

У (3)

cos а

где Ху, Л„ - длины пробегов электронов относительно упругого и неупругого рассеяния; Р(а), Р(<р) — вероятности поверхностных потерь; ip, а — углы падения и выхода электронов; Wj — вероятность выхода электронов в вакуум после i-кратного рассеяния, которая в приближении преобладания малоуглового рассеяния: W, = 1/(/-(} + Лу/Я,,)'"1), а 5/(0) - нормированная вероятность рассеяния на угол в при i-кратном рассеянии, рассчитываемая на основе дифференциального сечения упругого рассеяния dcr^Oydi1.

о d<r,V)

При этом, если вероятность однократного рассеяния "i = —:-

аи.сту

аппроксимировать суммой полиномов Лежандра Р* (cos в):

= Ет"" + о ■ Л • Л (cos 9),

к ^ЯГ

то Sf{9) согласно [1] может быть рассчитана по формуле:

1

S> (0) = £ ' (2* +1) • Л • Рк (cos в) . * 4 it

Применимость формулы (3) проверена на основании сравнений результатов расчетов по ней и методом статистических испытаний (методом Монте — Карло) в модели индивидуальных столкновений. Как в аналитических, так и в статистических расчетах использовались теоретические значения дифференциальных сечений упругого рассеяния на отдельных атомах.

В литературе известно несколько баз данных дифференциальных сечений упругого рассеяния электронов на отдельных атомах [2 - 5], наиболее полная из которых [5] использована в настоящих расчетах. Принципиальным является вопрос о допустимости использования сечений упругого рассеяния на отдельных атомах для расчета рассеяния электронов на конденсированных атомах. Обсуждению этого вопроса посвящено несколько работ, опубликованных в последние годы [6 — 9]. Показано, что конденсация атомов в области средних энергий электронов сказывается в основном при рассеянии на

малые углы в < 20°. Однако влияние этого изменения дифференциальных сечений упругого рассеяния на коэффициент упругого отражения электронов от поверхности конденсированного состояния вещества в узком телесном угле г(0) оставалось невыясненным. Для выяснения этого обстоятельства в работе проведены статистические и аналитические расчеты характеристик упругого отражения электронов твердым телом, основанные на дифференциальных сечениях упругого рассеяния электронов как на свободных (отдельных), так и на конденсированных атомах, которые показали, что учет конденсации слабо влияет на дифференциальные коэффициенты упругого отражения при в> 30°. На основании этих результатов сделан вывод о допустимости использования в расчетах г(&) дифференциальных сечений упругого рассеяния на свободных атомах, вычисление которых представляет более простую задачу.

В диссертации для всех экспериментально исследованных веществ проведен расчет дифференциальных и интегральных коэффициентов упругого отражения электронов. При расчетах использовались дифференциальные сечения упругого рассеяния на свободных атомах [5], экспериментально определенные в настоящей работе вероятности поверхностных потерь, а величины длин пробегов относительно неупругого столкновения использовались как подгоночные параметры для обеспечения согласия с экспериментом. Оказалось, что расчетные кривые дифференциальных коэффициентов упругого отражения электронов для всех веществ находятся в достаточно хорошем согласии с экспериментами данными, а длины пробегов электронов относительно неупругого столкновения согласуются с известными из литературы результатами.

Наблюдаемые отличия расчетных и экспериментальных кривых проявляются в первую очередь при косом падении первичного электронного пучка и малых углах рассеяния и возрастают с уменьшением энергии электронов. При нормальном падении первичного пучка эти отличия не выходят за границы экспериментальных погрешностей. Одной из причин таких различий является неадекватность известных из литературы дифференциальных сечений упругого рассеяния на свободных атомах, что может быть связано с некорректностью выбора потенциала взаимодействия электронов с атомами. В связи с этим в диссертации рассчитаны дифференциальные сечения упругого рассеяния на свободных атомах Аи на основе потенциала взаимодействия, обеспечивающего хорошее согласие рассчитанных по нему энергий основных орбиталей атома с известными из эксперимента. Золото выбрано потому, что, с одной стороны, для его атомов форма дифференциальных сечений имеет ярко выраженную немонотонную структуру, а с другой стороны, для этого материала существуют наиболее надежные экспериментальные результаты исследования углового распределения УОЭ. Полученные сечения несколько отличаются от известных из литературы (рисунок 6), особенно в области меньших энергий, и обеспечивают лучшее согласие рассчитанных по ним дифференциальных коэффициентов упругого отражения электронов с экспериментальными результатами (рисунок 7).

Эо2/стер

Рис. 6 — Дифференциальные сечения упругого рассеяния электронов на свободных атомах Аи. Сплошные кривые - настоящие расчеты, пунктирные кривые — расчеты [5]

Рис. 7 — Угловые распределения УОЭ в абсолютных единицах для Аи.

Е = бООэВ, (р = 75°. Сплошная кривая - расчет с использованием полученных в работе сечений; пунктир — с использованием сечений базы данных [5]; точки — эксперимент

На основании как аналитических, так и статистических расчетов определены вклады в упругое отражение электронов, испытавших однократное рассеяние. Вклад однократно рассеянных электронов в коэффициент их упругого отражения определяется веществом мишени, энергией электронов,

имеет немонотонную зависимость от угла рассеяния, изменяясь от 3-5% в минимумах углового распределения до 60-70%- в максимумах (рисунок 8).

в, град

в, град

Рис. 8 - Зависимости вклада однократно рассеянных электронов в дифференциальный коэффициент упругого отражения от угла рассеяния электронов для Аи и Ве. ¡р = 0°

Статистические расчеты по методу Монте - Карло для различных веществ и энергий позволили определить и глубины выхода УОЭ.

В первом - четвертом параграфах четвертой главы «Спектроскопия упругого отражения электронов с разрешением по углу» обосновывается возможность диагностики физических параметров приповерхностной области твердого тела на основе анализа пространственных распределений УОЭ. Анализируется чувствительность спектроскопии УОЭ с разрешением по углу для определения вероятности поверхностных потерь, длины свободного пробега электронов относительно неупругого взаимодействия и внутреннего потенциала. В пятом — восьмом параграфах описана оригинальная, защищенная патентом об изобретении, методика количественного определения элементного состава образца с разрешением по глубине.

Принципиальная возможность диагностики элементного состава приповерхностной области методом спектроскопии упругого отражения электронов с разрешением по углу определяется, в первую очередь, анизотропным характером дифференциального коэффициента упругого отражения электронов твердым телом и зависимостью анизотропии от атомного номера рассевающих атомов и энергии электронов.

По аналогии с (3) для многокомпонентной мишени дифференциальный коэффициент упругого рассеяния может быть рассчитан по формуле:

cos „ ^ z >z ¿_j , ,г\

(1+-

(4)

cosa

А-у • К д __L

где Л— —-—-- Лу — ^ п _ концентрация атомов z типа, ayz -

соответствующее ей интегральное сечение упругого рассеяния,

^í = Т Проверка применимости (4) проводилась при сравнении

i-(1+ —)'"' ' V

расчетов по этой формуле для двух- и трехкомпонентных мишеней с расчетами методом статистических испытаний.

Использование выражения (4) напрямую для определения концентраций пг затруднено из-за нелинейности этого выражения относительно неизвестных концентраций. В связи с этим в предлагаемой методике используется метод последовательных приближений. В качестве первого приближения используется модель квазиоднократного упругого рассеяния, в которой:

(1+cos£) - do. ■ (5)

cosa

В этом случае Ху рассчитывается по формуле:

. „ "¡da (в)

Хл=Уп-2п\—^--sin e-de

у Г ! )/г da ■ (б)

Сравнение результатов расчетов по этой модели с расчетами по модели кратного рассеяния показало, что при нормальном угле падения первичного пучка в среднем диапазоне энергий для различных веществ обеспечивается определение г(0) для больших углов рассеяния с погрешностью не более 20%.

Рассмотрим процедуру определения концентраций на примере образца, состоящего из двух известных элементов. В этом случае экспериментально определяется отношение интенсивностей потока УОЭ в относительных

единицах в узком телесном угле 1(0{)/1(в2) для двух углов рассеяния при нормальном угле падения первичного пучка, которое в модели квазиоднократного рассеяния не зависит от Л и может быть представлено в виде:

И 1 *г„(0,) . dVyiW

Щ) _ ехр(-Р(х-&,)) cos(x-02) dCl г' dD.

I(02) exp] +_L__| с1(туг(0г)' (7)

C0S(^-6»,) ' í/Q ' dO.

где «i и /i2 — неизвестные концентрации рассеивающих центров, daryy{9)/dO. ( ^ - дифференциальные сечения упругого рассеяния для атомов 1-го и 2-го элемента соответственно. Вероятности поверхностных потерь Р(<р) легко определить из зависимости интенсивности пучка УОЭ, рассеянных на определенный угол, от угла падения электронов на поверхность образца. Измеряя 1(в\) и !(02), из (7) можно напрямую определить отношение концентраций компонентов образца n¡/n2. Зная объемную плотность р двухкомпонентного образца р = п1-т1+п2-т2, где тх и т2 — известные массы атомов, определяются абсолютные концентрации п\ и

Для выполнения дальнейших шагов в процедуре диагностики элементного состава необходимо знание абсолютных значений дифференциального коэффициента упругого отражения. В этом случае, подставляя значения концентраций rt\ и п2 в (4), можно определить предварительное значение X системы.

Модель квазиоднократного упругого рассеяния является первым приближением для определения концентраций компонент и длины свободного пробега электронов. Подстановка полученных в этом приближении значений X, Ху и Х„ в (4) позволяет получить значения п\ и п2 во втором приближении. Используя их, из (4) находим уточненные значения X и, соответственно, новые значения Ху и Х„. Цикл расчетов по (4) может быть многократно повторен, при этом проведенные расчеты показывают достаточно быстрое схождение результатов - для точности в пределах 1% достаточно 3-4 итераций.

Для диагностики состава образцов, содержащих к различных элементов необходимо измерить интенсивность УОЭ для к различных углов рассеяния и решить систему из А-1 уравнений, аналогичных (7).

Чувствительность метода определяется в первую очередь двумя факторами: точностью измерения абсолютных значений коэффициентов упругого отражения электронов г(в) и различием дифференциальных сечений упругого рассеяния электронов на атомах элементов, входящих в состав исследуемого образца. Оценки показывают, что для элементов, отличающихся на AZ~ Z2~ Z¡> 10, при измерении г(0) с точностью порядка 1% обеспечивается аналогичная точность определения концентрации элементов.

Предлагаемая методика позволяет неразрушающим образом проводить анализ распределения элементов с разрешением по глубине. Для этого

необходимо провести описанный выше цикл для различных энергий электронов. При изменении энергии электронов от долей килоэлектронвольт до нескольких килоэлектронвольт толщина анализируемого слоя для разных веществ меняется от долей до десятков нанометров. Получаемые по описанной методике концентрации элементов nj являются усредненными по глубине выхода УОЭ, которая для больших углов рассеяния в~ 150-180° близка к Я, и соответствуют интегралу от искомого профиля концентраций:

Варьируя энергию первичного электронного пучка, можно изменять Я и экспериментально определять Jiz (Л). Дифференцирование полученной зависимости позволяет рассчитать распределение значений концентраций п,([).

Достаточно высокие значения дифференциальных сечений упругого рассеяния электронов на атомах в средней области энергий и возможность измерения коэффициентов УОЭ в узком телесном угле с помощью вторичных электронных умножителей в режиме счета отдельных импульсов обеспечивает возможность реализации предлагаемой методики при относительно низких интенсивностях пучка первичных электронов (/0 < 10"12 —10"14 А), что практически исключает эффекты зарядки и позволяет использовать методику для исследования высокоомных материалов.

Развитая методика использована в работе при анализе состава приповерхностной области свинцовосиликатных и халькогенидных стекол.

В девятом параграфе четвертой главы рассматриваются возможности диагностики элементного состава мишеней методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) в режиме регистрации отраженных электронов с селекцией по энергии, обеспечивающей выделение группы УОЭ. Указанный режим регистрации реализуется, в частности, на микроскопах фирмы Zeiss с колонной «Джемини», в которой селекция по энергии отраженных назад электронов происходит при подаче задерживающего потенциала на сетку, находящуюся перед детектором электронов.

Преимуществом указанной методики является практическое отсутствие так называемого эффекта «груши рассеяния», приводящего к значительному ухудшению пространственного разрешения в любом методе электронной микроскопии и электронной спектроскопии. Таким образом, режим регистрации отраженных электронов с селекцией УОЭ может обеспечить предельное пространственное разрешение, определяемое исключительно размером электронного зонда.

Другим преимуществом регистрации в РЭМ квазиупруго отраженных электронов является относительная простота количественной интерпретации формируемого сигнала на основании модели кратного упругого рассеяния. Для проверки возможностей использования этой модели исследован контраст

(8)

изображения границы Аи - С (рисунок 9), который для группы электронов с малыми потерями энергии находится в согласии с проведенными расчетами.

252015-

ю-

♦

5" *

О-Ц---1-г-1-^-.-■-1—>—,—.—,—.

0 200 400 600 800 1000 1200 JJ3, В

в)

Рис. 9 - Изображение границы Аи-С, полученное в режиме регистрации отраженных электронов с селекцией по энергии детектором EsB колонны «Джемини» микроскопа Zeiss. Е- 1000 эВ: а) НОЭ, б) квазиупруго отраженные электроны, в) контраст изображения в зависимости от напряжения задержки электронов

На основе той же модели по формуле (3) проведен расчет интенсивности УОЭ для геометрии регистрации, близкой к геометрии регистрации электронов детектором EsB колонны «Джемини» микроскопа Zeiss (рисунок 10). При расчетах использована база данных [5, 10]. Видно, что вариация энергии в области Е< 1 кэВ может приводить к инверсии композиционного контраста изображения в РЭМ. Как следует из (3), в этой же геометрии регистрации элекггронов (<р = а) практически отсутствует зависимость сигнала от углов

падения и выхода электронов, т. е. отсутствует топографический контраст изображения.

/•, абс. ед.

0,006

0,004

0,002

0,008

Рис. 10 - Зависимости коэффициента упругого отражения электронов в диапазоне углов рассеяния в= 170-180° от атомного номера вещества.

Нормальное падение электронов. 1 - Е = 200 эВ, 2 - Е = 2000 эВ

В пятой главе «Неупругое отражение электронов от поверхности конденсированного состояния вещества» приводятся результаты экспериментальных исследований пространственных распределений электронов, неупруго отраженных приповерхностной областью массивных пленок широкого круга веществ от Ве до РЬ для различных углов падения и энергий электронов, а также спектры НОЭ в узком телесном угле.

Показано, что пространственные распределения всех НОЭ обладают немонотонностями, аналогичными таковым для пространственных распределений УОЭ. Анализ пространственных распределений НОЭ, потерявших определенную энергию, показал, что эта анизотропия сохраняется вплоть до потерь энергии Л£~0,2£ (рисунок 11). При потерях энергий ДЕ более 0,5 Е пространственные распределения НОЭ близки к косинусоидалыюй зависимости.

Энергетические спектры НОЭ для всех веществ зависят от угла падения электронов на мишень и угла рассеяния. Для легких веществ (Ве) средняя энергия НОЭ значительно уменьшается с увеличением угла рассеяния, в то время как для тяжелых (РЬ) эта зависимость невелика (рисунок 12).

В областях резкой анизотропии угловых распределений УОЭ соответственно наблюдается и анизотропия энергетических спектров НОЭ (рисунок 13).

Рис. 11 — Угловые распределения НОЭ с энергиями в интервале Е-Д£для Аи.

£=500 эВ. <р = 70°. Д£,эВ: 1-0 (УОЭ), 2-15, 3-50, 4-200, 5 — косинусоидальное распределение. Все кривые нормированы при 0=110°. Нижние кривые - зависимости отношения

ординат максимума (А) и минимума (В) от АЕ/Е. (р - 70° Е, эВ: 6 -300, 7 - 500, 8 - 1000

0,06

0,14

40

80

Д Е/Е.

■ _I——

120 в, град

Е/Е{9)

1,0

0,5

40

80 в, град

120

Е/Е{в)

160

1,0 -

0,5 -

40

80 в, град

120

160

Рис. 12 — Зависимости ^/¡¡(в) для Ве (а) и РЬ (б) при Е = 3 кэВ (нижние кривые)

и Е = 0,5 кэВ (верхние кривые, смещенные вверх на 0,5). <р, град.: 1-85, II-70, III-60, IV-30

Рис. 13 - Угловое распределение УОЭ от Ва (£=250 эВ, <р =75°) и спектры НОЭ, полученные в максимуме (кривая 1) и минимуме этого распределения (кривая 2). Стрелками отмечены положения пиков характеристических потерь энергии электронов

В пятой главе представлены также результаты исследований энергетических спектров характеристических потерь энергий электронов в узком телесном угле для свинцово-силикатных стекол, которые показали высокую чувствительность этой методики для анализа состояния поверхности стекол. В этой же главе приведены результаты детального исследования спектров характеристических потерь энергий электронов в узком телесном угле для Ве и М§ в диапазоне энергий первичных электронов Е = 100+600 эВ для углов падения <р = 0+85° и углов рассеяния 0 = 155+5°. Характерные спектры приведены на рисунке 14. Определены угловые зависимости интенсивности пиков объемных и поверхностных потерь, которые заметно различаются для Ве и Mg (рисунок 15), что может быть связано для Ве с эффектом перекачки энергии из поверхностного плазмона в объемный, обсуждаемом в [10]. Отметим, что интерпретация угловых и энергетических зависимостей интенсивностей объемных и поверхностных плазмонов требует учета эффекта преломления электронных волн на границе твердое тело - вакуум.

Рис. 14 - Энергетические спектры характеристических потерь энергии электронов для Кривые сдвинуты по оси ординат. Энергии первичных электронов в эВ указаны около кривых. Углы падения и выхода электронов составляют 80°

40 60 80 (р, град 20 40 60 80 <р, град

Рис. 15 - Угловые зависимости относительной амплитуды поверхностной (1) и объемной (2) плазмонных потерь для Ве (а) при Е - 600 эВ и (б) при Е = 500 эВ. Угол выхода электронов а = 0°

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты и выводы работы состоят в следующем.

1. Проведено систематическое экспериментальное исследование явления упругого и неупругого взаимодействия электронов средних энергий с поверхностью твердого тела для широкого класса веществ от Ве до Вь

2. Выявлены эмпирические закономерности явления упругого и неупругого отражения электронов твердым телом, состоящие в следующем:

- пространственное распределение УОЭ имеет немонотонный характер, сложность которого возрастает с увеличением атомного номера вещества;

- область энергий, где немонотонный характер пространственных распределений УОЭ проявляется наиболее ярко, сдвигается в область больших энергий с увеличением атомного номера вещества;

- анизотропия пространственных распределений НОЭ наблюдается при потерях энергии АЕ/Е < 0,2, при больших потерях энергии распределение НОЭ электронов близко к косинусоидальному.

3. Обоснована модель упругого отражения электронов средних энергий поверхностью твердого тела, позволяющая на количественном уровне описать основные эмпирические закономерности. Показано, что упругое отражение для всех веществ и энергий определяется явлением упругого рассеяния электронов на отдельных атомах твердого тела. При этом количественная интерпретация экспериментальных результатов может быть обеспечена в модели кратного упругого рассеяния электронов на атомах с учетом ослабления электронных потоков в твердом теле за счет объемных и поверхностных потерь и преломления электронной волны на границе твердое тело - вакуум. Изменение дифференциальных сечений упругого рассеяния электронов на атомах твердого тела в сравнении с таковыми для свободных атомов слабо влияет на характеристики упругого отражения электронов твердым телом.

4. Предложена и апробирована новая методика диагностики приповерхностной области твердого тела - спектроскопия упругого отражения электронов с угловым разрешением, позволяющая неразрушающим образом определять:

- элементный состав приповерхностной области с разрешением по глубине;

- длины пробегов электронов относительно неупругого взаимодействия;

- вероятность поверхностных потерь;

- внутренний потенциал.

5. Обоснована возможность использования спектроскопии УОЭ для диагностики элементного состава в растровой электронной микроскопии.

Список используемой литературы

1. Мотт Н., Месси Г. Теория атомных столкновений. Пер. с англ. - М.: Мир, 1969.-756 с.

2. Fink М., Yates A.L. Theoretical electron scattering amplitudes and spin polarizations //Atomic Data. V. 1, № 2, 1970. - V. 385-486.

3. Riley M.E., MacCallum C.J., Biggs F. Theoretical Electron-Atom Scattering Cross Sections //Atomic Data and Nuclear Data Tables, V. 15, № 5, 1975. -P. 443-476.

4. Holzwarth J., Meister H. Elastic scattering of relativistic electrons by screened gold and mercury nuclei //Nuclear Phys., V. 59, 1964. - P. 56.

5. Powell C.J., Jablonski A. NIST electron elastic-scattering cross-section database. Version 3.1. Standard Reference Data Program Database 64. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 2003.

6. Joshipura K.N. and Mohanan S. Scattering of fast electrons by vapour-atoms and by solid-atoms - a comparison //International Journal of Modern Physics В. V. 2, № 3&4, 1988. - P. 461-469.

7. McGarrah D.B., Antolak A.J., Williamson W. Elastic scattering of electrons by free and bound zinc and cadmium atoms //J. Appl. Phys. V. 69, № 10, 1991. -P. 6812-6815.

8. Jablonski A., Zemek J. Angle-resolved Elastic Peak Electron Spectroscory: Solid State Effects // Surface Sci. V. 600,2006. - P. 4464-4474.

9. Bote D., Salvat F., Jablonski A., Powell C.J. The effect of inelastic absorption of the elastic of electrons and positrons in amorphous solids //Journal of Electron Spectroscory and Related Phenomena. V. 175, № 12, 2009. - P. 41-54.

10.Powell C.J., Jablonski A. NIST electron inelastic-mean-free-path database. Version 1.1, Standard Reference Data Program Database 71, US Department of commerce, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, 2003.

П.Бронштейн И.М., Краинский И.Л., Либенсон Б.И. Исследование возбуждения плазмонов при наклонном падении пучка первичных электронов средних энергий в опытах на отражение // Физика твердого тела. -Т. 19,1977.-С. 958-963.

Основное содержание и результаты диссертации отражены в следующих публикациях:

Монографии

1. Пронин, В.П. Электронная спектроскопия: современное состояние и перспективы развития. / В.Т. Барченко, Ю.А. Быстрое, А.А. Петров, В.А. Петров, В.П. Пронин. - СПб.: Изд-во СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», 2010. - 192 с. (13,7/3,2)

Статьи в рецензируемых журналах

2. Пронин, В.П. Угловое и энергетическое распределение эле1стронов, неупруго отраженных от твердых тел. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин,

B.М. Стожаров. //Физика твердого тела. —1971. - Т. 13. - С. 1359-1365. (0,5/0,15 п.л.)

3. Пронин, В.П. Угловое распределение неупруго отраженных электронов. / И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //Физика твердого тела. -1972. - Т. 14. - С. 108Î-1086. (0,3/0,06 пл.)

4. Пронин, В.П. Распределение по энергиям неупруго отраженных электронов разных групп. / И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //Физика твердого тела. -1973. - Т. 15. - С. 3670-3672. (0,2/0,1 п.л.)

5. Пронин, В.П. Зависимости углового и энергетического распределения неупруго отраженных электронов от толщины бомбардируемых электронами пленок. / И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //Радиотехника и электроника. -1973. - Т. 18. - С. 1243-1248. (0,4/0,15 пл.)

6. Пронин, В.П. Исследование зонных характеристик каналовых электронных умножителей с раструбом. /М.Р. Айнбунд, В.П. Пронин, В. М. Стожаров. //Приборы и техника эксперимента (ПТЭ). —1974. — Т.4. -

C. 156-157. (0,01/0,005 п.л.)

7. Пронин, В.П. Упругое отражение электронов от золота. / U.M. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //Физика твердого тела. —

1974. - Т. 16. - С. 2107-2109. (0,2/0,1 п.л.)

8. Пронин, В.П. Упругое рассеяние электронов при адсорбции золота на бериллий и бериллия на золото. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин. //Физика твердого тела. -1975. - Т. 17. - С. 2502-2504. (0,2/0,1 п.л.)

9. Пронин, В.П. Упругое отражение электронов средних энергий от твердых тел. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин. //Физика твердого тела. -

1975. -Т. 17. - С. 2086-2088. (0,2/0,1 п.л.)

Ю.Пронин, В.П. Упругое рассеяние электронов средних энергий металлическими пленками. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин. //Физика твердого тела. -1975. - Т. 17. - С. 2431-2433. (0,2/0,1 п.л.). П.Пронин, В.П. Энергетические спектры неупруго отраженных электронов от золота и бария в узком телесном угле. /И.М. Бронштейн,

B.П. Пронин, И.И. Хинич. //Физика твердого тела. —1981. — Т. 23. № 2. —

C. 614-617. (0,3/0,1 п.л.).

12. Пронин, В.П. Учет кратности рассеяния при упругом отражении электронов средних энергий. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин. //Вопросы атомной науки и техники. Общая и ядерная физика. —1985. —В. 3 (32). — С. 167-172. (0,4/0,2 п.л.).

13.Пронин, В.П. Упругое отражение электронов средних энергий от неупорядоченных металлических поверхностей. /И.М. Бронштейн, A.A. Васильев, В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Известия АН СССР, Сер. физическая. -1985. - Т. 49. - № 9. - С. 1755-1759. (0,4/0,15 п.л.).

14.Пронин, В.П. Характеристические потери энергии электронов при отражении от свинцовосиликатных стекол. /А.П. Гусаров, В.А. Машков,

B.П. Пронин, A.M. Тютиков. //Физика и химия стекла. —1986. — Т. 2. — № 4. — С. 488—490. (0,15/0,04 п.л.).

15.Пронин, В.П. Спектроскопия упругого отражения электронов как эффестивный метод диагностики поверхности твердого тела. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, И.И. Хинич, И.А. Чистотин. //Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. Серия Естественные и точные науки. -2006. - № 6(15). -

C. 151-165. (1,0/0,3 п.л.).

16.Ргошп, V.P. Elastic Peak Electron Spectroscopy for Quantitative Elemental Analysis of Solids. /V.P. Pronin, I.I. Khinich, I.A. Chistotin. //Technical Physics Letters. -2008. - Vol. 34. - № 10. - P 825-827. (0,2/0,1 п.л.)

17.Пронин, В.П. Спектроскопия упругого отражения электронов как метод анализа элементного состава наноразмерных систем. /В.П. Пронин, А.Н. Пономарев, И.И. Хинич, И.А. Чистотин. //Нано- и микросистемная техника. -2008. - № 4. - С. 45-48. (0,3/0,1 п.л.).

18.Пронин, В.П. Спектроскопия упругого отражения электронов для элементного анализа диэлектриков и высокоомных полупроводников. /В.П. Пронин, И.И. Хинич, И.А. Чистотин. //Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. Серия Естественные и точные науки. -2009. - №11(79). - С. 133-140. (0,6/0,3 пл.).

19.Пропни, В.П. Математическое моделирование в исследовательско-ориентированном обучении студентов методам вторично-электронной спектроскопии. / В.П. Пронин, И.И. Хинич, И.А. Чистотин. //Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. Серия Естественные и точные науки. -2009. - № 95. -С. 155-168. (0,9/0,5 п.л.).

20.Пронин, В.П. Аналитические возможности и экспериментальная база спектроскопии упругого отражения электронов с угловым разрешением. /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, В.В. Лучинин, И.И. Хинич. //Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». -2010. - № 5. - С. 24-30. (0,5/0,2 п.л.).

21. Pronin, V.P. Elastic Electron - Au-atom Scattering at 100-2000 eV Collision Energies. / I. Yurova, A.Z. Devdariani, A.K. Belyaev, V.P. Pronin. //Journal of Physics: Conference Series. -2012. - V.388. - 042005. (0,6/0,1 п.л.).

22.Пронин, В.П. Диагностика элементного состава тонких мультислойных сегнетоэлектрическнх структур с наноразмерным разрешением в РЭМ в режиме регистрации отраженных электронов с селекцией по энергиям. /В.П. Пронин, В.А. Полищук, A.C. Лосев, А.Г. Канарейкин, И.П. Пронин, В.Т. Барченко. //Вакуумная техника и технологии. -2014 (июнь) - Т. 23. - № 1. - С. 187-188. (0,2/0,05 п.л.).

Статьи и материалы конференций

23.Пронин, В.П. Распределение различных групп неупруго отраженных электронов (НОЭ) по энергиям. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //XXV Герценовские чтения. Физическая и полупроводниковая электроника. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И.Герцена. - 1972. - С. 110-112. (0,2/0,1 пл.)

24.Пронин, В.П. Толщинные зависимости углового распределения неупруго отраженных электронов (НОЭ). /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //XXV Герценовские чтения. Физическая и полупроводниковая электроника. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена. - 1972. - С. 112- 115. (0,3/0,1 п.л.)

25.Пронин, В.П. Дифференциальные кривые углового распределения неупруго отраженных электронов. / И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //XXVI Герценовские чтения. Физическая и полупроводниковая электроника. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена. - 1973. - С. 3- 5. (0,2/0,1 пл.)

26.Пронин, В.П. О некоторых закономерностях неупругого отражения киловольтовых электронов при больших углах падения первичного пучка. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //XXVI Герценовские чтения. Физическая и полупроводниковая электроника. — Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена. - 1973. - С. 5-6. (0,2/0,1 п.л.)

27.Пронин, В.П. Распределение по энергиям электронов, рассеянных в узком телесном угле. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //Труды XV Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике. — Киев: — 1973. -С. 72-73. (0,2/0,1 пл.)

28.Пронин, В.П. Угловые распределения упруго отраженных электронов. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, В.М. Стожаров. //XXVII Герценовские чтения. Физическая и полупроводниковая электроника. Ч. 1. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена. - 1974. - С. 3-12. (0,7/0,24 п.л.)

29.Пронин, В.П. Упругое отражение электронов средних энергий при напылении Au на Be. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин. //XXVIII Герценовские чтения. Физическая и полупроводниковая электроника. — JL: Изд-во ЛГПИ им.

A.И. Герцена. - 1975. - С. 18-20. (0,2/0,1 пл.)

30.Пронин, В.П. Исследование стабильности вторично-эмиссионных характеристик стекол для МКУ: Отчет о научно-исследовательской работе. Номер госрегистрации 77009061. /А.Н. Броздниченко, A.A. Ахаян, В.П. Пронин,

B.Е. Яковлев. - Л.: ЛГПИ им. А.И. Герцена. - 1978. - 82 с. (5,8/1,5 п.л.)

31.Пронин, В.П. Упругое отражение электронов средних энергий от неупорядоченных металлических поверхностей. /И.М. Бронштейн, A.A. Васильев, В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Доклады (секции III,IV,V) XIX Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ташкент, 18-21 сентября 1984г.). - Ташкент: изд-во ТашГУ им. В.И.Ленина. - 1984. -

C. 121. (0,07/0,02 п.л.)

32.Пронин, В.П. Спектроскопия ХПЭ свинцовосиликатных стекол. /В.П. Пронин, И.И. Хинич, А.И. Гусаров, Н.Б. Леонов, В.А. Машков, A.M. Тютиков. //Доклады (секции III, IV, V) XIX Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ташкент, 18-21 сентября 1984 г.). - Ташкент: Изд-во ТашГУ им. В.И. Ленина. - 1984. - С. 139. (0,07/0,02 пл.)

33.Пронин, В.П. Характеристические потери энергии электронов в магнии и бериллии. //Взаимодействие электронов и фотонов с твердым телом. Межвузовский сборник научных трудов. - Л.: Изд-во ЛГПИ им. А.И. Герцена. -

1984. - С. 47-50. (0,3/0,3 п.л.)

34.Пронин, В.П. Разработка и оптимизация стабильных окисных тонкопленочных покрытий для повышения коэффициента МКУ: Отчет о научно-исследовательской работе. /В.П. Пронин, A.A. Ахаян, И.И. Хинич и др. Номер госрегистрации 01.84.0 005585. - Л.: ЛГПИ им. А.И.Герцена. -

1985.-51 с. (3,6/0,6 пл.)

ЗЗ.Пронин, В.П. Пространственное и энергетическое распределение электронов, рассеянных неупорядоченными пленками серебра. /И.М. Бронштейн, АЛ- Васильев, В.П. Пронин. //Материалы VI Всесоюзного симпозиума по вторично-электронной, фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела (Рязань, 10-12 сентября 1986 г.). - Рязань. - 1986. - С. 8. (0,07/0,02 п.л.)

36.Пронин, В.П. К вопросу об измерении углового распределения вторичных электронов. /В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Электронные процессы в твердых телах: Межвузовский сборник научных трудов. - Л.: Изд-во ЛГПИ им.

A.И. Герцена. - 1986. - С. 87-99. (0,8/0,4 п.л.)

37.Пронин, В.П. О структуре угловых зависимостей интегральных и дифференциальных вторично-эмиссионных характеристик неупорядоченных металлических слоев. /И.М. Бронштейн, В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Доклады XX Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике. Т. 2. (Киев, 17-19 ноября 1987 г.). - Киев: Изд-во ИФ АН УССР. - 1987. - С. 100. (0,07/0,02 пл.)

38.Пронин, В.П. Расчет дифференциальных и интегральных характеристик электронов, упруго отраженных от неупорядоченных пленок Au и Ag, методом статистических испытаний. /A.A. Васильев, А.Л. Гибрехтерман,

B.П. Пронин. //Доклады XX Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике. Т. 2. - Киев: Ин-т физики. - 1987. - С. 99. (0,07/0,02 пл.)

39.Пронин, В.П. Упругое отражение электронов средних энергий неупорядоченными металлическими пленками. //Доклады I школы «Взаимодействие электронов малых и средних энергий с твердым телом» (Ростов на Дону, 1118 сентября 1988 г.). - Ростов на Дону: РИИЖГ. - 1988. - С. 7-9. (0,2/0,2 п.л.)

40.Пронин, В.П. Упругое отражение электронов как метод анализа поверхности твердого тела. /В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Доклады XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике. Т. 2. - JL: Изд-во ФТИ им. А.Ф. Иоффе. - 1990. - С. 86. (0,07/0,04 п.л.)

41.Пронин, В.П. Спектроскопия интегрального упругого отражения электронов как метод анализа поверхности твердого тела. /В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Доклады XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике. Т. 2.

- Л.: Изд-во ФТИ им. А.Ф. Иоффе. - 1990. - С. 101. (0,07/0,05 пл.)

42.Пронин, В.П. Роль неупругих процессов в упругом отражении электронов средних энергий от твердого тела. /А.А. Васильев, В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Доклады XXII конференции по эмиссионной электронике. Т. 2 (М., январь 1994 г.). - М.: Изд-во МИФИ. - 1994. - С. 162. (0,07/0,02 п.л.)

43.Пронин, В.П. К вопросу об измерении углового распределения эмитированных электронов. /А.А. Васильев, В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Физика конденсированного состояния и электроника. Проблемы науки и образования.

- СПб.: Изд-во РГПУ им А.И. Герцена. - 2000. - С. 124-131. (0,57/0,2 п.л.)

44.Пронин, В.П. Исследование поверхности твердого тела в специальном физическом практикуме. /В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Труды IX международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» (Волгоград, 19-21 сентября 2006 г.). - М.: ИД МФО. - 2006. -С. 146-147. (0,15/0,08 п.л.)

45.Pronin, V.P. Elastic peak electron spectroscopy (EPES) - effective not destroying method of the analysis of a surface of a solid. /V.P. Pronin, I.I. Khinich., I.A. Chistotin. //Материалы Х-ой международной конференции «International Conférence on Electron Spectroscopy and Structure (ICESS 10)». - Foz do Iguaci.

- 2006. - P. 73. (0,07/0,02 п.л.)

46.Пронин, В.П. Однократное и кратное рассеяние в упругом отражении электронов поверхностью твердого тела. /В.П. Пронин, И.И. Хинич, И.А. Чистотин. //Физический вестник. Сборник научных статей. - Выпуск 1-СПб.: Ин-т профтехобразования РАО. - 2007. - С. 79-85. (1,0/0,4 п.л.)

47.Пронин, В.П. Электронная диагностика поверхности твердого тела в учебных курсах педагогического вуза. /В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Материалы IX международной конференции «Физика в системе современного образования» («ФССО-07»), (СПб., 4-8 июня 2007 г.). - Т. 1. -СПб: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена.-2007.-С. 100-101. (0,14/0,07 п.л.)

48.Пронин, В.П. О возможностях спектроскопии упругого отражения электронов для диагностики наноразмерных систем. /В.П. Пронин, И.А. Чистотин. //Материалы международной конференции «Наноразмерные системы» (НАНСИС-2007, 21-23 ноября 2007 г.). - Киев: Ин-т металлофизики НАН Украины им. Г.В. Курдюмова. - 2007. - С. 521. (0,07/0,04 п.л.)

49.Пронин, В.П. Модели упругого отражения электронов для анализа элементного состава поверхности твердого тела. /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, И.И. Хинич, И.А. Чистотин. //Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2008. - Т. 1. - №. 4. -С. 13-19.(0,5/0,15 п.л.)

50.Пронин, В.П. Анализ приповерхностной области диэлектрических и полупроводниковых стекол методом спектроскопии упругого отражения элекгронов. /В.П. Пронин, И.И. Хинич, И.А. Чистотин. //Материалы XI международной конференции «Физика диэлектриков» («Диэлектрики— 2008»). (СПб., 3-7 июня 2008 г.). - Т. 2. - СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена. - 2008. - С. 322-323. (0,14/0,05 п.л.)

51.Пронин, В.П. Сочетание экспериментальных и теоретических заданий при исследовании поверхности твердого тела в специальном физическом практикуме. /В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Материалы X международной учебно-методической конференции «Современный физический практикум» (Астрахань, 16-19 сентября 2008 г.). - М.: ИД МФО. - 2008. - С. 207-208. (0,14/0,07 п.л.)

52.Пронин, В.П. Использование упругого отражения электронов для анализа элементного состава поверхности твердого тела. /Барченко В.Т., Быстрое Ю.А., Лучинин В.В., Пронин В.П., Хинич И.И. //Материалы 64-ой НТК, посвященной 150-летию со дня рождения A.C. Попова. - СПб: ЛЭТИ. -2009. - С. 204-205. (0,14/0,07 п.л.)

53.Пронин, В.П. О возможности применения спектроскопии упругого отражения электронов с угловым разрешением для анализа поверхности . /Барченко В.Т., Лучинин В.В., Пронин В.П., Хинич И.И. //Труды 8-ой Всероссийской с международным участием научно-технической конференции 30 ноября - 1 декабря 2009 г. «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского. Сб. трудов. - М.: МАТИ. - 2009. - С. 130-133. (0,3/0,06 п.л.)

54.Г1ронин, В.П. Моделирование упругого отражения электронов в исследовательском обучении студентов физике поверхности. /В.П. Пронин, И.И. Хинич, Г.А. Питерцев. //Физический вестник. - Выпуск 4. - СПб.: без. изд. - 2010. -С. 65-72. (0,6/0,3 п.л.)

55.Пронин, В.П. Аналитические возможности и экспериментальная база спектроскопии упругого отражения электронов с угловым разрешением. /В.Т. Барченко, В.В. Лучинин, В.П. Пронин, И.И. Хинич. //Труды 65-ой научно-технической конференции, посвященной Дню Радио. - СПб.: ООО Альфа Гарант. - 2010. - С. 301-302. (0,14/0,07 пл.)

56.Пронин, В.П. Проблемы количественной диагностики элементного состава приповерхностной области твердого тела. /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, В.В. Лучинин. //Сб. трудов 9-ой Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакапенные материалы и покрытия», 30 ноября - 1 декабря - 2010 г., «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского. - М.: МАТИ. - 2010. - С. 94-97. (0,3/0,1 п.л.)

57.Pronin, V.P. Angular-resolved elastic peak electron spectroscopy for analysis of nanoscale solids. A'.T. Barchenko, V.V. Luchinin, O.I. Grebnev, V.P. Pronin, I.V. Ryzhov. //l'sl international conference. Nanomaterials: Applications & properties. NAP - 2011, Alushta, Crimea, 27-30 sept. 2011. Proceedings. Vol. 1, Part II. Sumy, Sumy Stats University. -2011. - P. 339-342. (0,3/0,06 п.л.)

5Í5.Пронин, В.П. Упругое рассеяние электронов на атомах Au. /И.Ю. Юрова, А.З. Девдариани, А.К. Беляев, В.Т. Барченко, В.В. Лучинин, В.П. Пронин. // Труды 10-й Юбилейной Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакапенные материалы и покрытия» (Москва, 29-30 ноября 2011 г., «МАТИ — Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского». — М.: МАТИ. — 2011.

- С. 202-206. (0,3/0,05 п.л.)

59.Пронин, В.П. Аналитические возможности растровой электронной микроскопии в режиме регистрации упруго отраженных электронов. /В.Т. Барченко, В.В. Лучинин, В.П. Пронин, И.В. Рыжов. //Труды 66-ой научно-технической конференции, посвященной Дню радио, СПб., апрель - 2011 г.

- СПб.: ЛЭТИ. - 2011. - С. 353-354. (0,14/0,05 п.л.)

60.Пронин, В.П. Контраст изображения в растровой электронной микроскопии в режиме регистрации упруго отраженных электронов. /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, A.C. Лосев, В.В. Лучинин. //Сб. трудов 11-ой Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакален-ные материалы и покрытия», 27-28 ноября - 2012 г., «МАТИ» РГТУ им. К.Э. Циолковского.. - М.: МАТИ. - 2012. - С. 101-103. (0,2/0,1 пл.)

61.Пронин, В.П. Упругое отражение электронов в растровом электронном микроскопе. /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, В.А. Полищук, A.C. Лосев. //Сб. трудов 12-ой Всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия», 26— 27 ноября - 2013 г., «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского. - М.: МАТИ. -2013. - С. 101-103. (0,3/0,07 пл.)

62.Пронин, В.П. Спектроскопия упруго отраженных электронов как количественная методика диагностики приповерхностного слоя твердого тела в РЭМ. /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, В.А. Полищук, A.C. Лосев, А.Г. Канарейкин. //Материалы 6-ой международной конференции по физической электронике, 23-25 октября 2013 г., Ташкент, Узбекистан. - Ташкент: Институт ионно-плазменных и лазерных технологий. - 2013 - С. 12-14. (0,2/0,1 п.л.)

Патенты и свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

63.Пронин, В.П. Способ определения концентрации элементов в твердом теле. /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, В.В. Лучинин, И.И. Хинич. Патент на изобретение RUS 2426105 от 11 января 2010 г.

64.Пронин, В.П. Программа «Моделирование рассеяния электронов поверхностью конденсированного тела методом Монте — Карло (Электрон - Монте -Карло)». /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, И.В. Рыжов. /Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010611457. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 19 февраля 2010 г.

65.Пронин, В.П. Программа «Расчет интегральных и дифференциальных характеристик потока электронов упруго-отраженных поверхностью твердого тела (Упругое отражение)». /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, A.C. Лосев. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010611458. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 19 февраля 2010 г.

66.Пронин, В.П. Программа «Моделирование рассеяния электронов многокомпонентной поверхностью конденсированного тела методом Монте — Карло». /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, И.В. Рыжов. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011611769. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28 февраля 2011 г.

67.Пронин, В.П. Программа «Расчет интегральных и дифференциальных характеристик потока электронов упруго отраженных поверхностью твердого тела». /В.Т. Барченко, В.П. Пронин, A.C. Лосев. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011611771. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 28 февраля 2011 г.

Подписано в печать 24.09.2014 г. Формат60*84 1М6 Печать офсетная. Бумага офсетная. Объём: 2,0 усл. печ. л. 2,0 усл. печ. листов. Тираж 100. Заказ №735

Типография РГПУ им. А. И. Герцена. 191186, С-Петербург, наб. р. Мойки 48