Возбуждение плазмонов в приповерхностном стлое твердого тeлa элeктpoнaми средних энергий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

НАЩОНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК УКРАКНИ

1НСТИТУТ Ф13ИКИ

р 0 Д На правах рукопису

I и ¡.,;м1

КУЛИК Сергш Петрович

ЗБУДЖЕННЯ ПЛАЗМОН1В У ПРИПОВЕРХНЕВОМУ ШАР1 ТВЕРДОГО Т1ЛА ЕЛЕКТРОНАМИ СЕРЕДН1Х ЕНЕРПЙ

Спещальшсть 01.04.04 — Ф1зична електронша

Автореферат дисертаци на здобуття наукового ступеня кандидата фшжо-математичних паук

К И I В — 1 9 9 6

Дисертац1еа е рукошс.

Робота виконана на кафедр1 кр!огенно1 та «1кроелектрон1ш1 рад1оф1зичного факультету Ки1вського Нац1онального Университету

1м. Тараса Шевченгса

Наукой® кераскик: академ1к НАН УкраНш, прсфесор Находк1н Школа Григорович

0ф1ц1Ен1 опоненти: доктор фХзико-математичних наук

Федорус 0лекс1й Григорович

• ' '• кандидат ф1зкко-математичних наук Иельнкк Юр1й Щол1карпович

Лров1дна орган!зац1я: Укгородський дергавний ун!верснтет

Захиет в1д0удечься "27 " чр.рвяд 1996-р. в "14 й" годкн на зас1данн1 Спец1ал1зовано1 Ради Д 01.96.01 при 1нститут1 ф!зики HAH Укра1ни за адресов: 2&2650, ГСШ, Ки1в 22, проспект Науки, 46.

S дасертац1сю моша ознайомитиеь в б1бл1отец! 1нституту ф1аики ШН УгсраЧш.

Автореферат рсз1слаио *_""______ IS9S р.. .

I Втений секретар 43ша1ая1зовано1 Ради жаад. ф1з.-мат. наук

ßr В.&.1щук

ЗАГАЛЬКА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТЙ

Лотуатон1с*гь__теми. Вивчензя процес1в енергетячних втрат

влектрон1в на збудакння шшзмон1в привертаз у вагу дослЦшшШ з трьох основнкх причин.

Яо-перте, ялазмоподЮна поезд!нка вален:rsa. елзктсонХв визначае так! фундамвнтальа1 вдастивест! рэчовгсш. як зеэ?г1я зв'язку, кристал1чна структура, - влвктричн1 та оптзчнх характеристика, фансяний сяэктр. Ш обушвмюв яесбх1дз1етъ подалыюго вдосковапання уявдень про холвктивн! збудгення в плазм! метал 1в 1 нахг1211ров1днии1в влвктрояами. котр! даать г>л&лжз1с:ъ дсиовнити оютш1 дгн1 про фундаментальн! харазстерис-шо! електрскно! euerem таких рвчозян. Дасл1дкення етверхнавях плазмон1в не кенш актуальн!, н1ж об'емвих, оск1лыш важко в1дгукзта хоча бп один шверхневий ефект, в якому не приймав би участь шар повэрхневого заряду.

По-другеч , з'явилась можлив1сть викорнстовувати харахтернс-тичн! втрати для досл1дгення повврхн1 та приповерхнэвях шар1в рвчовини методами электронно! спектроскоп!! характеристичннх втрат енергИ електрон1з (ЕСХБЕЕ), котра дозволяв реал!зувати ун±каяьну могаив1сть за допомого» енергетичних та кутових залекностеЯ 1нтенсивност! плэзмонних втрат в1дтварввати глибанний розпод!л складу речовияи в лр.!ловерх:.звих И шарах наруйн1внЕИ методом.

По-трвтз,. з зв'язку з переходом з!д як!сно! до х1лья1сво1 елехтронко! савктроскопИ' вившма нвобИдвйсть в додзткоезз, в1ш детальних в1домос?ях про енвргетячн! та кутов1 залзгност! ЮТенсивностеа об'емяих га говврхневих плазмоншз. втрат, внасл!дск яких в окол1 1он:изац13них та. Огэ- спектральних лШй формузться складна сатэл.' n« сгр^турч, яка Ictotho втышнав на 1атенсяЕн1сть цех л1н!й 1 ms® враховуватись в к!льк1сн1й' элвкгроннШ спак-тросэтшП.

Ц! три прачиня сшзнукавть до подальпшх досд1д2энь енергетшних втрат електрсн1в в гвомэтрИ на в1дйиття, 1х кутових та енвргетичшх характеристик» Область енерг1й електрон1в 100-• . 1000 эВ дозволяв зосврвдятись на вивчвнн1 энергетачних втратв' при£ов8рхнэв12 област1 рачовиви товястнои канве 108. яка . визначаеться в1льним npoölrua електрои1в.

- Нота робота . г еевчэння , ЕроцесЗв.плазконнгх втрат eaepril елс.ктрон1в, -е1е0итпх в1д -nosepxHl твердого т1ла, . досл1даання Х2дл2ву Jffl ц^процегсистану шверхн1,.;кут1х; пад1жя :та. впходу • £Д5К5рон1Б,: евергИ- та куга розс1яння елзктронхв, шр раеструвться. ъ г В1дпзв1дво; до ц1е! мети Оула сфорош>ов£н1, md. задач!: Ь. Сгворит2-:е2£Ш8риие1ггальку установку,,то .дозволяла 3 ышаргвати .спектра. ХВЁ£.;3; енергетичним розД1ленняы. <0.22;, уза умови зм1ли : куйв :_ввд1лвя чеа. виходу едектрон1в. Пзрелбзчитк шзаив1сть зм!ни куга. розс1юванна-.елеЕтрон1в,. во рееструються, при юстШшх кутах ■ 1х цр.д1кня за. виходу- _ХозроСига^ методику. ооробки ексгвршвнтаяьнкх ; спектр1в з ыетоя.вазначення аишйтуд,. Еап1вшрин та 1нтенсишостей ПЯ223КЩНЕГ JUHlfi.

2-£осд1литг кутов1гагехыост1 стектр1в .ХВЕЕ (при шст15ному кут! рсгс1яння) ддягчистих позерхонь ыеталХв та ¡^1впров1дник1в (ве, h£. ai. in, ge);s тавот вшшв на них сусй5оноатомаих mapiB адсор-. бовавого кисню.на доверсш1 метал!в. •

3. : З'ясувати . прздатн1сть модиф!ковано1 . двостадШно!. - модел1 утворенЕя.плаамових спектральних л1н1£ в шектр1 непрукно в1д0итих елзгтрон1в з. взоеористанням ехспоненцШного послабления 1нтенсив-Eoorl електронного промеяя в речовив1 для описания в1дяоснкх 1втевс1пиостеа д1к1в спектру ХВЕЕ .та .визначити параметри uiel иодвл1 для Бе, не, in та ее. Досл1дитк зм1яи цих параметр1в при почаисоаих стад1ях окисления ai, me, in.

4.: BZ3234ZT2 енергетичйу залзкзЗсть . наШвширин л1к1й плазмонних втрвт. у : спектрах; ХВЕЕ та з'ясувати узгодаен!сть результатов, отршзнЕГ в езссаэркыевтах "нз в1х5еття" та .гна простр1лп.

5. £ZB4ZTE гглегн1сть кгектр1в ХВЕЕ в1д кута розс1яння електрон1в для ве, иг, ai. in та ge в 51апдрон1.енерг1й елекгрон!в 100-

_1QQ0 еВ.

. е

; ; ■•; НаУЕОВЗ ЕОЕКЗНЗ рОбОТИ ДОДЯГВе В ТСВДУ.' ЕО- В н!й вперие:

.шетвздю-довавш^в1дьного !фоб1гу1'влзг£Трон1в щодо збудаення ой?е5ша 5в^повврхвввш1 швзм<ш1в в ве. «в. Tin га Ge в д1апазон1 ; вЕзрПА еявмраваз 100-1000 еВ; ' ;ЛВазчш),:розм1ри. ойваот1 ефектдааоХ. генерац11 шверхневих • пдаа»ок1в у .тщоовефвяввпеу mspl ве. не. in. Ge.si та с.Показано saEesaicTb яього сарамеяру в!д речовиш.ы1жен1.та .зарядового стану

псверхя!; . .

вяявлвио ■ йзозш рззс1гггяня в«ектрон1в на "сяягвгдташгншг; ШтезЕкввсетеЗ jühííi спгзгару енэргетатнет зтрат. йсказззэ, що.цза ■ ефект загегакъ sis ггсмнсто исаер7 ретогияз тз ensvrll огши'риа1в; : .

встзЕззявэз, аз, еафцишчга затла^геть готр^та тйяутаб'еняах плагмсн!в, яез спзстер^таеться - и етацервкагах го в1двягЕг;""не. узгоджуетьсятз- загогзгтериставзяа об'ешах шязапн1з, 'сгогмангг -г:,: йкеперзаментгв по ■ приадайнн».- 'Сдоствр1ггются: аззяагьгэ .•■.уварвная- ■■ ■ • гйхЗл об'еянах даэзмваШ гаг eusprlar едэктройз: 100 - 500 еВ;

Наувааа'тз шгаазмаз яЗяг1ста padora шяягву.в'тояу, го:

- pssstlpz' - 3*. 22ÜI ХЛЙЗСИ' . е1льногз сто51гу &яиироы1в вода шшру див.- pssslxszss' zHsidj; cz -зз разунсз азудадаш поввр2нвЕях'плазгоа1а даз Ss, я.?, ai. üs, <jer sí та с.

- отршяано параметра, да харазсгеризуять tecslpaíerb -¿SLZfXJSix роаяявааь- в- приповершевсму > шзр1. твердзга. : т1ла . ^ísssssi^ ^Espria еяехтгон1в IOO-IQOO еВ. •.•

- запропонсшаяо метод, що .дозволяв: змоделтзта ЕЕаф1ль сржэ- : вегтиз-зого елвктроннаго заряду на основ! давзх.,. щз зв'язуоть эПЕВ г •аиватуда. Шку пов'ерхневиг шгазмсн1в та- робота ватаду шшвргЕ1:" яетал1в при здсорбцИ малих к1лькостей :киснв., х'м lis, ai. та: in пгдаметри,- aso характеризуюсь;цеЗ проф1гь»::.була вязначзн!; г=л.

- вшылево ексг^рименталья! ушвй;'спри яал. в- сцширах." ДВВа~".& пзпяелялться ефекти, пов' язан! ? з ■> вплквсм..-Оагаторазавога аруазсго".:" • -розс!хваяня та взаемод1еи канал1в. дружного та;ВЕгарух^го::рсзс1№".1п-взаь електргайв- .

- одержан! результата мсякуть бути вяхирастаяЛ иря рсзрсйгй. тз t 'i здосгоЕзленн!ЧЩзгчвт. ждэлеа 1 шаеяздИ-еЛактригИз''з' -говврхнетгг.:'' г-твердях Т1Л. .

На захист нгшцсяться'твк1х1йнивн! тток ¡виння. ■ I, Ствсршго.ариг1дальн^^ттршшД ццлегриаатрз розд1лптг?ягдгз иэ кутаг;": що дозводяас' дрслТзшувата есвитри " вищя'втита щ т* arpare^?-*? гЗдйтйХ электроя1в: :,з розд!льнов - здатяЮтяь :Sbro"t-*ra

n риг»IgCTTTKtrtггтк ' тппяягяя.!;•»•; точу, ПК> МОХЕЗ зайнпваст B7T 'KI9 гипщЕЭнма.': аадавчих . 1; в1дбити1 злнктрон1в. Оэ дав ' мзязшв1ст5^с -Ф^в^еея даслШеаь пра р1гних'. гутах ; poseí iяяныа рвост^кяня&т- .-

тIfi*'«"!'!^1 tfrtn, --чатшинощл. яч'-1м( vjmr«Тт- тта^стия тя ЦЩГ1)ЛГ- '."7.

2." Встнновлена едекватн!стъ формул двостадШю! модел! кутовим та енергетитаим заяехностям нормованих на п1к прукно розс.1янкх електрон1в1нтенсивностей л!н1й об'емних та поверхневих штзмон!в, що спостер1гаються в експериментах при пост!йному кут1 розс1ввання електрон!в, для ве, не. 1а. та <зе в д!апазон! енерПй електрон1в 100-1000 еВ.

3. Визначэно параметри модел! ддя'ве, ие, 1п та йе. Встановлено залегн!сть параметр1в модел! в!д речовини мНаен! та зарядового стану говерхн1, а такох ужзви, за яких адекватн!сть модел! порушуеться.

4. На основ! експернментального дослЗдкевня вперше виявлено вплив кута розс1юваная елзктрон1в на сп1вв!даошення Ютенсивноетей лзд1й спектру ХВЕЕ. Цей ефвкт заложить в1д атомного номера речовини та енерг11 електронгв. '

Адробац!я результат^ робота. Основн! результата робота дэшеЩзлись та обговорвваяись на XIX та ХЫ Всесоюзних юнферен-ц1ях по ем!с1йн1й елвктрон!ц1 (Ташкент 1984 р., Легйнград 1997 р.), на У, У1 та УП Всесоюзни2 сцмпоз1умах по ВЕЕ, ФЕЕ, 1 спектро- -.* скоп!! поверхн1 твердого т!ла (Рязань 1983 р., Рязань1986 р., Ташкент 1990 р.), Всесоюзн1й конферендИ "Диагностика -поверхности" (Каунас 1986 р.), на Всесоюзн1й конферендИ "Поверхность-89" (Черноголовка 1989 р.), на 6-й м1хнародн1Л конференцП по тонких пл1вках та шверхн1 твердого т!ла (Париж 1992 р.), на 5-й м1жна-родн1й конферендИ по елек7ронн1й спектроскоп!! (Ки!в 1993 р.).

Публ1кац11. Но тем! дасертац!йно1 роботи оцубл!ковано 25 Лрукованих праць (стагт! та тезз допов!дей).

Структура__та__обсяг яисертацП. Диеертад1я складаеться з

вступу, чотирьох глав, п!дсумк1в та списку цитовано!- л1тератури. Бона мХстигь 128 сгор1шк, 41 рисунок, 6 таблиць, список цитованоХ ■йтератури з 95 яайменуванъ.- ; - ' ■

Конкретна особиста участь "автора. Дисертац!я е тйдсумком результата досл1дкввь, виконаних автором осЬбйсто. Безпосередньо евтором розроОлено, створено' та' випробувано орнг!нальний електрон-•яиВ спектрометр, методику *вим!ртання та1 обробки/ результат!в, ззроведено .«ияюримвнташа!-аюйршивня/, 2х <нЗробку та система- ' явзац!», ' '' ' " " ■

€

ссношпй 3MICT Ривоги

У gryr.i показана ак«у«.-.як1сга цроаэд,.«^« дсолзинэш,, сфэргзу-дъован! мвта, аовазяа та осзоен! пологеиня дасзртшП. представлен! до зазисту, списано стаслий зм1ст робота.

Петаа глава прпсвячояа огляду л1тературп з шаань збуданиз об'ежпи 1 поверянзвих плазмон1в,' 'Еялизу па 1мов1рн1сть lz збудавння характеристик твердого т!ла та його ковэрхв!. Зормувзааш сшктр1в ХВЕЕ вЩбуваетася виаслйдо» складаого шва. в «кля» бэре участь, кр1м пврвяивих sktíb збудеення.повзрхнйЕах та аб'ттх плаз?лоя1в, к1нетака руху елактрон1в в твердому т1л1.

Про цвся транспорту мокоешргвтячна! груш ед9ктрон1з э 9лехтронн1Я сдактроскопИ найчастЛав оппсувть за донского» тзх ¡1. акоюненцииного згасання. П&рокэ. викоркстгння niel шдал1 са!дтпгп. про II задов1льну в1дюв1ди1сть вкспврагонтаяькяя результатам, прота вона не враховув особливостеЗ нзпрузпих розсХгванъ у приповерхневому пар! твердого ?1лз. 3 иотоз врахуватя особлявост!, ,в (И була запропоноваяа шдиф1кована двостад12яз иоде ль форнувакня ЮТенснвностей' л1в1й плазмоннях втрат з спэктр! характерлстачнях втрат енэргП влзктрон1з, яка враховуе дв! стздИ статястачно незалегнях акт1в ixpysEoro та непрухкого розс!яннл. В кодел! Етссристсвуатъся закон експовенц1йного згасаг-ал 1втенсавност1 пучка - ионоэпергэтичшк ел9ктрон1в, а тзкоа постулюеться наявя1с*% пршговэрхкввого иару Tamlnau <j_, в яке:-у 1ж)з1ря1сть гекэр-щи аоварававах шишон1в в1дайнна ьХз нуля i характер-.П7^т: ол ¿лиано» вХлыюго npoóiry • 8Л8н~рсн±з года збудаення говерхгвг.-¿х плазмонаа X .. 1кс®1ра1сть зеудаенаа аРзшж илазмеяйв • опиоуb'.'ííí! довазиоэ в1дьного прсб!ту електров1в оодо 1х збудакня \ .

Введения ir ¡pmerplB Хз ' та da як хярактэраетааа поввргз! твердого risa еждккзз наш! утрудневня в 1х ф1зичн1й трактевц! за иричини в1дсутност1 ексгаргментальних даних для широкого набору трвчевш та яедостатн1х теореттгшнх дослЗдазнь.в Шй облает!

Повн1стю в1дсутн! експе ртаа нт альн1 дан1 стосовво впливу кута розсХкзаккя ' в1дбитих ел8ктроа1в на. 1мов1рн1стъ непрузнзх взаемодДй» У дйОстэдШзХй модэл1, за рахувск нориузання яа-líiTSSSSSllStb BlB? ВрУ£йО BÍ26H7SX вгэктр031в, SiZgCKll

lHieacKEsaocTl плазшпапх п1к!в не залегать в!д кута розс1юзакня. Екпперимэнтальне досл!дження цього питания можливе за умов;; кгхлвченнЕ впливу ку?1в. падйия тв внхсду електгюн1^: на спектр ХЗЕЕ, тоОто необх1два нестандартна схема проведения подальших експериментальних досл1джень кутових залехносгеА.

Вагливий аспект методу ХВЕЕ стосуеться фэрмк л!к!1 плагг'экних зоуджень, яка вклэтае 1нфсрмац1» подо акту непружного розс1яння (nepepis розс1яння), дасперсП плазмонних хш-лъ, а також 1х згасакня. Це питания в Л1тератур1 розглядалось лише ак!сно, I не 'з'ясовано узгодан1сть результат1в, отрзшаних в експериментах по тгооходкэнню .та на б!доигтя .

В_друг IP.__глав! описан! експериментальн! 1 методичн!

особливост1 досл!дженъ. Експеримента проводились у спеЩально розрооленШ та виготовлен1й . ориг1нальн1й надвисоковакуумнШ камер!, ооладнан1й вим1рювальнимк та технолоПчними вузлами. Виготовлення зразк1в та вим1рювання на них проводилось в одному вакуумному об' ем1 в единому цихл1 "вапоротення-вим1рювання".

Енергетичний спектр „електрон1в, в!дбитих в1д к1шен1,. визначався за допомогою 127-градусного цил!ндричного анал!затора Пза-Рожанського, який мав енергетячне розд1лення Де/е =2.I0~w, т1лесний кут апертури анал1затора складав 5.I0"5 стерр. Енергоана-л1затор було вад'юстовано 1 закр1плено нерухомо з метою унккнута вшвшу на його роботу зм1ш ор1ентац13 магн1тного поля.

Пучок первшших електрон!в з енерг!ею в!д 100 до 1500 еВ, при струм1 0,1-5 мкА i д1аметр1- 0,2-0,5 мм формувався електронною гарматою. Взаемне розташування електронно! гармати та енерго-анал1затора забезпечувало проведения експерименту при кут! розсЛшання електрон1в 150°, тобто за умов, Слкзьких до типових експериментальних ' умов в електронн!й спектроскоп!! (коли використовуються енергоанал1затори типу цкл1ндричне дзеркзло з • кутам розс!яння близышм 140°, або тальм!вного типу, де кути розс1ивання електрон!в лежать в д!апазон1 180°-120°). ОСертаючи електронву гармату навколо вертикально! Ble! (z), ми мали мсзшшЮть зм1нпваги кут Mix плотинами падИшя i в!дсиття електрон!в ф в!д О до 180°, що давало ыоклив!сть 5м1нювати кут розс!гоання елактрон1в в!д 90° до 150° при сталих кутах пад!ння (а) ча збору (р) електрон!Е.

е

М1шеяь можэ обертатися навколо горизонтально! ocl, igo лежать а площн! новерхн1 м1шен! 1 перпендикулярна до напрямку пу'гка реестрованих електрон1з, що дозволяло змйшвати кут реестрацИ елэктрон1в ß В1д 0 до 90 градус1в.

Пл!вки досл!джуваних речовин виготовлялись шляхом терм1чнсго напорошзння ка ситалов! п1дкладки, як1 мали клас чистота позерхн! не няяче одтадцятого, базпосередньо в установи!. Елементний склад позерхн! коятролювавея методом електронно! Оже-спектроскопИ. ПV, час напорокення вакуум в камер! був не г1рзе 5.I0-9 - Ю-® Тсрр.

Для вивчення впливу малих к!лькостей касню на поверках кетал!в пл!вки ai, Hg, та in витримувались в атмосфер! клсню з екслозшйев в!д О до 100 Лэнгмир, Одночасно з експозиц!ею вим!рвзались зм!ни робота виходу поверхн! метал!в за методом електронного пучка Андерсена (КРП) з точн!стн 0,05 еВ.

Обробка спектр!в енергетичних втрат проводилась з урахуванням процес1в розс!яння на поверхневих та об'емних плазмонах. а такое-збудження елегтроняо-д1ркових пар. В спектр! плазмовях коливань розглядались п!ки поверхневих та об'емких плззмсн!в з- в тратами eHspril та кор в1дпов!дно, ! п1ки кратких зтрат - <■

wj , 2ш . При цьому припускалося. що форма вс1х п!к1з сшсуеться функцХею Гауса:-

,Н,А ) = А ехр( - 1п2( х-х l'/H2)

О о о ^ о

з такими параметрами.' х - пгтоавння пХну, а - його ампл1туда, H=h-, при x<xq; н=1т •, при х>*о; h* та ь- •— л!за та права нап1вширина п!ку. При апроксимапИ экспериментальна!. спэктр1з параметрязованими функц1ями оц1нка пзра.\!втр!в прово далась за метедом найменших квадртг1в. Нормован! Хнтенсивност! л1н!2 плазмонних втрат визначались як плена козшого з П1к1в,' гюдикна на джипу п!ку npiXHo в1дбитих електрон!в.

В трет!Й глав! розглядзют^ся результата дослЛдження кутснях та енергетичних залехностей зЩюсхих 1нтзнсивностей л!н±3 об'емких та поверхневих плазмсн!в, внзначаних в експэряевнтзх пра пост1йному кут! розс!ювання в!дблтих влэктронХв. в д1апазся1 енерг1Я електрон!з 100-1000 еВ.

Експериментальн1 дан1 1нтбрпрэтуютъся на осаоа! мэда5!ковано1 • двоптадХйно! модел! збуджэння шшзмон1в. Прбанагйзавана в1дпсв1дн!сть модельнах розрахунк!в експергиантальнгм разультатш.

показе""', ^тгдаШя» ековершеЕГйшшх кугоих зале:етоств2 1/1^ краде оиисуеться иодиф1коваяо» деостадМио» шдаллв, в1й з1домо» зало2н1сто чипу 1/в1иа. яка е II окрегам нападаем. Б рзкках ц!е1 модел1 запанаЮть в1деосш1 ¿итеиенвшет! 1£/1е, :.:эвзрхвевого пказиона в1е кут!в ковзання першшши а та нкходу Б1ДЗктех р елгктрон1з визначвётъея в1даозешя:'У й^/Х^, котро в свое г?ргу гаяшигаь в1д енергИ та 'речовннз. В д!апазоа! бгзрг!£ ялэкгрс-я1в 100-1000 вВ оули {«ушан! здечешш аараиэтрИв модамй -а.'^новвння X. та а /Я0 для Вз, 1п те Са.

Овредньоквадратачн! виигилешя заачекь-ЦЕХ параче тр!в сквадаоть 15-204.

Викорзстовута кезалагво отршаав! значения Хс [2], мз нперше ь«значи5!и значащи паракетр1в <зс для честйх поверхонь Ве,

К2, 1а та С-э ь д!апазон1 екйргЧй електрон!в 100-1000 еВ. Показана &гиюгз1схъ £х В1д речовззп к1Е9н1 те енергИ падаючих електроШв:

-/.,, йросгае з ростом е , пвревюцувчи резрахован! в 1.5-2 рази,

- Х£ зростае пропорц!йно корни кведрагному в!д енергИ е

- й£ не залегать в1д еверг!! падаючнх електрон1в.

В третьему роздШ. ц1е1 глава проведено Екал1з зм1в в спектрах ХВЕЕ А1, Не та 1п, на говархшз яких зд12сшзетъся вплив збурзшого фактору за рахувок адсорбц!! суодавошарового покркття ккенв (т?).. Змешення робота шходу поверхн! А2 га не супроводау-еться зкэншенням 1ктенс1Жност1 п!ку поверхневих плаз;дэк1в та послабления» 1х кутово! залетает!. Це в1дпов!дае зб1льшенна параметров ае та Так при адсорбцН 0,12 моноиару кисню на погерхш ах ц1 парамзтри зб!лызуються приблизно в три рази 1 каОлзшаюгъся за сво!ми значениями до параметр!в те \е для чисто! поверхн! с©. Для 1п робота виходу поверхн! зростала при едссрОцИ кисню, а спэктр ХВЕЕ не зм!к>вазся, тобто- пзверхневх "плв&мони (в!дапв!дно 1 параметра <зб та ) в 1п не чутлив! до д!1 гостю. Параметра модзл1, 1х залехн!сть в£и енергИ електрон1в е та ступени покриття поверхн! кненам т) наведен! в таблиц1.

Анал1з даних, во зв'язують зм1ли ампл!туди п!ку поверхневих х5лазыон1в та робота виходу повархн1 метал!в дозволять змоделввати ироф1яь пршовврхвавого електронного заряду. Запропоновано метод .•;;:оЕерименгадьаото кизначення дараметр1в, до характеризуют цай. префш.. Для мв,А1 та 1п д! параметра <зулв визначен!.

ю

Теблиця. Параметра &s та Л^. з заиеж?ост1в1д eaeril вжяирон1в Е (вВ) та покриття поверхн! киснем t] (в кокоаарех)

AI Mg lu ge Bs

<1 ,s

K>%

0.8(I+I5t)) " 1,1 (1*7,6"!]) • It.>'I-0,05T)) 2,4 1.7

-1,7+0, 35{1*Г7Т|)21/2 -2,1+0,4(1+12,5tj)e1/2 -5.7+0,8(1^0,С»Т))е!/2 -з;в+е

v:

-4,6+0,56 Е

1\2

Результата Ше1 глави отркмано для ■ кута розсЗлозепня електрон1в в»150°, що в1дпов1дае ствидартшга умовам роботя електрснних спектромэтр1в з вихорастанням енергоанал!затор1в типу цкл1цдричне дзерк&ло, aöo квазисферичних анал1затор1в гальм!вного тепу. Це дае змогу пор1внввати наш! експеркмелтальн! спектри з л1тературнкми даиими i використовувата отркман! нгки результата на практкц! в електронн1й спектроскопИ для врахувення ввеск1в плагмонних втрат.

в першому розд!л! досл!дауються спектри НВЕЕ, отркман! при р1зшх кутах розс1даавня електроя1в, в1дбитах в1д ве, ме, Ai, Ge та in в д1адззоя1 eneprift 100-1000 оВ. 3 изтою виклвчёння впливу кут!з ковзання язрзшигах (а) та виходу реестровая« (ß) електрон1в була вабрана схема експерименту, в як1й а та р не зм1нввалисъ, а кут розс1яння пизначався. азимуталышм кутом повороту джерела електрон1в (ф). В наших експеримеятах а-€0°, ß=I50°, кут ф зм1нввався в1д 0 до 180°. Так1 умовк експерименту. забезпечувала при вс±х ф одяакову гли&шу еиходу реестрованих з характеристичными втратами енергИ електрон1в 1 виключали шхливкй, вшив рефракцП електрон!в на залежн1сть спектр1в ХВЕЕ в!д ф. Зм1ни азимутального кута ф супроводгуЕзлясъ зм!нами кута розс1яння реестрованих в!дбитих електроя1в (в). Кут 3 зв'язан з кутама а, ß i ф сп1вв1дношенням:

cosÖ =-sir>(X sinß-cosCl cosß сояф

1 SMlHKEався з!д ¿0° до 150°. .....

Експерикэнтально спостер!галась залекн!сть вигляду cneK'rpis

ХВЕН в!д азимутального кута ф (в1дпов1дао 1 в!д кута розс!яння електрон1в 8). Цей е$ект залекить в1д енергИ падаючих електраи!в 1 атомного номеру речовши м1шен1.

Немонокристал1чн!сть м!иен1 дозволяе припустит в1дсутн!сть ■Зудь-яких ЕЯСраних напрямк!в вздовк И псверхн!. Можна ствврджувати, що ефекти дифракцИ електрон1в на м1кракркстал!тах виклшчаютъся, Оо маб м1сце в1дсутн1стъ залежкост! цього вфэкту в1д зм!н кут1в а та р.

Анал1з в1дносних 1нтенсивностей п1к!в I /1 , та I /1 в

v в1 5 е!

зал8Жност1 в1д ф для досл!джуваних речоЕта з р1зшяйи атоиними номерами г показав, що за виключенням найлегшо! рзчовши - вв, для лхо! в дссл!джуваному д1апазон1 еяерг!й 100-1000 еВ не выявлено зм1н 18 ухе1 з! зм1ною ф(в), для вс1х 1ншх речовин так!-зм1ни спостер!гались, 1 Оули 01льше вирзжен! для елемент1в з б!лылим зтомшш номером.

Таким чином, експериментально встановлено наявн±сть залежност1 в1дносно! 1нтенсивност1 п!ку об'едаих плазмон!в в спектрах едаргетичних втрат електрон1в в!д кута 1х розс1ювашя. ЗалежнЮть цього ефекту в1д природа досл1дкувано1 рвчовини та енергИ електрон1в е , встановлена при !дентичних умовах експерименту, дозволяе стверджувати, до вонэ пов'язана з ф!зичною природою явища розс1ювання влектрон!в.

1нтерпретац1я азимутально! залежност! спектр!в ХВЕЕ не можлива на основ1 модел1, в як1й елементарн1 акта розс1яння електрон!в вважаються не за лешими 1 нехтуетъся краткими актами розс!ювання, тобто в наЯпрост!ш1Я даостад1йн1й модел! формування спектр1в ХВЕЕ. 3 ц!е! модел! випливае, що в!дносн! 1нтенсивност" п!к1в поверхневих та оО'емних плазмон1в не залежь .ъ в1д умов пружного розс1янкя (таОтп в1д куга розс!якня) 1 визначаються 1мов1рн1стю розс1ввання на плазмой!, ¡до протир!чить наведешш вице експеримантальним даням.'

Анал1зу1яи наш! кутов1 залежност! 1е1 (8) при р1зних внврг1ях падаючих електрон1в, можна поштити, що вони корелюють з кутовнми осойливостями розрахункових перетш!в пружяого розс1яння для окреиих атом1в (ое1(9)). КореляцП. що спостер!гаються м!» гу 1а1 (в) та ав1(в), дашть п!дстави припустити вшив акту прукного розсПзвання на в!дносну 1нтенсивн!сть п!ку оО'емного плазмону в

спектрах ХВЕЕ. Не може св1дчити про наявнЮть зв'язку кавал1в пружного та непрукного роэс!янь, або мокливого впливу кратких пруэкних розс1ювань, до необх1дао враховувати при подалыпому вдосконаленню ф!зичних моделей непружних розс1янь та при розробц! метод1в к1льк1сно! спектроскоп!! ХВЕЕ. Проведен! в наш1П лабораторП розрахунки за методом статистичного модвлювання (Монте-Карло) дають п1дстави ввакати де насл1дком, головним чином, багаторазового пружного розсПовання. '

В другому розд1л! ц1е! глави анал1зуються п!вширини п!к1в плазмонних втрат, що включають так! важлив! характеристики, як дисперс!я плазмонних хвиль, залехн1сть в1д хвильового вектора 1х згасання та перер!з збудження. Цю 1нфэрмац1ю отримують з експеримент1в по проходженню високоенергетичних електрон!в кр!зь досл!джуван1 пл1вки. В д1апазон! середн!х енерг!й електрон1в (I00-IООО еВ), коли спектри ХВЕЕ вим1рюються на в1дбиття, експериментально спостер!гають повний спектр плазмонних хвиль для вс1х хвильови;: вектор!в д, !мов!рн!сть збудження яких Еизначаеться в1дпоь1дним перер1зом [3]. 0ск1льга; досл!джуваний д!апазон енерг1й на порядок 1 01льше перевиздуе енерпю, шзазмових коливань, ми оОмежувались оорн1вським наближенням для перер!зу розс1ввання.

ЯкЮяиЯ анал1з показав, що енергетнчна залежнЮть асиметр!! п!к1в плазмових втрат енергП електрон1в узгоджуеться з !снуючими уявлениями щодо знаку дисперсИ як об'емних, так 1 поверхневих плазмон!в.

Для 01лы2 детального к1льк!сного анал!зу необх1дно було визезчити прфодчу ширину л!н!Я, яку мокна отримати при 1деальн1й розд!льн!й здатностЗ аяаратури, 1 яка в реальних спектрах спосте-р1гаеться в згорнутому вигляд! з п!ком пружно в!дбиткх електрон!в. Враховуючи форму пгчу пружно в!дбитих електрсн1в та плазмонних п1к1в, га визна'пш! Хх ширини в д!апазон! енерг!й електрон1в 100-1000 еВ.

Ширини л!н1й об'емного та поверхневого плазмон1в в межах точност! експерименту р1вн1, не залежать в1д кута в 1 визначаються енерг!ею збуджуючих електрон!в. Енергетична залежн!сть, !мов!рно, обумовлена перер1зом розс1ювання на плазмон1, який, принаймн1 в борн1веькому наближенн!, звукуеться при зростанн1 енергП електрон!в як для поверхневих, так 1 для об'емких плазмон!в.

1.3

iüo адаргететва залэшХсть пират Шку oo'ea&sx .■-В1шн1в, я»г ямстерХг&зтъся в вкссстайнхаь жг в1дбиттп, узгодаогеться s характврястякада об'емких плаамон4в,.• отрвианвс а вхсдаршавайв ко прохождению. Спостер1гае?ьсл аяойааьае уаирекая biklb «Гегших шешсяПв яра ензрПях електрояН; 100 - 500 «п. ai, i» ta la при екврЛях влэктрон1в 100-200 td експгрпкзатадш! шрзаа п1к1в в два два з хюловашв рази пвровадвзж: оч1куван1. Дяя Be ta Ge, да п1ки значно вшрщ1, цз параваЕ-шяя шоадаво 15-30%, Узгодате експвриыентальн! результата, отрнман1 на В1дбпття та на проходгэкня, ¡ложна еляхом врахуваяня взаемного вялшзу npyiamx та непругних взаеыодй.

Тамк чином, в ц!й гдав1 було показано, ¡зо подальше вдоско-иалвння теорегачних моделей потребуй врахуваяня яге багаторазозого цругного розс1юЕання, так 1 взаекного впишу прукша 1 иепруклих ЕзаемодХй.

ь Експерикктальна - перев1рка встаюшла, що розройлеаа а наш!й лабораторИ кодеЛкована двостадАЯна модель збудкзння яоверхневнх та об'амких пдазь!сн1в з точн1ст» 10-153 коке бути застосована для опису кутових та енвргегачнкх задэаяоетвй в1дноашх 1нтенсивно"стей л1к1в спектра XBES.

2. Визначен1 параметра модаф1яовано! Д2остад1йно1 модел! для частях поверхонь ве.ме, с, sí, m. Ge. Показана залезд!сть 1х е1д рзчовини к1иен1 та енергИ падавчах елзктран1Е в д1апазон! 100 -1000 еВ.

3. АдсарбЩя кйена? при малах ступенях покриття поверхонь мэтал!в (ai 1 иа). so супроЕодауеться змекшекням 1х робота виходу, . призводить до зжкюенкя 1нтенсивност1 п1ку ПП та послабления 1х кутово! _ залезшост! 1 впливае на об' е>лп! плазмош,' що узгодауеться з уявленняи про локал1зац1в поверхнзвих илаашаЗа у вузькому приповерхневоглу' шар1. В мевах гастосовано1 модэл! из в1дпов1дав зб1иьиеннв параметр1в ds та Xs при зманшзнн1 ефзктавноЗ в1рог1даост1 збудання Ш (вхдношення d£/Xs). Для хп адсороц!я киенв зб1лызуе роботу виходу поверхн1 i не впливае на 1нтенсивн1сть плазмонних л1н1й.

4. • Еаявлеш ефект вшшву кута розс!шня елзктрон1в на сл1вв1днощання 1ятенсивностей л1н1£ спектру ХВЕЕ, якяй залежить

.и

е1д екергП електрон1в та речовини Mineiii. Бм1ни в спектрах ХВЕЕ в!дОувавться переважяо . за рахунок п!ку oö ' емшгх илазшн1в. Проведен! в наш!й»лаборатор11 розрахунки за методом статкстичного модедюзаяня (Монте-Карло) дають п1дстави вваиата це васл1дком, головнкм чином, Оагаторазового пружного розс1ввання.

5. 3 точн1стю методики вкзначекня нзп1Е2Гирин л1в1й об'емкого та поверхневого плазмон!в кохна вваквти, щр Ix ширшш не залегать в1д кут!в а та р, кута розс!яння е, i дср!вявить одне одному.

6. ■ Енергетична зэлежн!сть пшрини л!нИ об'емного плазмона не noBHlcTR узгодхуеться з результатами експеримент1в по проходженка в пршущенн1 про незвлежний характер непруаних та лрукаи розс!ювань. Узгодити експериментальн! результата, . отриман! на в1д0иття та на прохсджзння, мокна шляхом врзхуванвя взаемного впливу прухних та непружних. взаемод!й.

7. Аномальне укирення. п!к1в об'емних плазмон!в та залежн1сть Ix 1нтенсивност1 в!д кута розс!юваняя електрон!в не вкладаються в рамки - модельшх ■ уявлень про незалежнЮть , елементарних акт!в прукного 1 непружного розс!ювання в твердому т!л1 i створйють п^редумови подальшго розвитку теоретичних уявлень ззвемодИ електрон!в з тве- .-цэл т1лом. '

Таким Ч1Ш0М, мокна д!йти до загального висновку, що, по-перзе, модиф1кована двостад1йна модель збудхешы :Шазмон!в описув основн! властивост! яетща; ло-друге, лодальгий розвиток uleï. модел!, а такок -1нших теоретичних моделей необхЛдно проводите з урахуванням багаторазовйх. сружних розс1ювань 1 взаемного впливу прукних i

непружних взаемод!й. • ..... -

ЛГГЕРАТУРА :

1. Крынько D.H., Мельник П.В., Находкин Н.Г.- Влияние возбуждения

поверхностных шшзмовов на интенсивность пиков спектра неупруго отраженных электронов // ФТТ, 1980, т.22. к5 C.I29-3-I202. : ."'-"' f ..

2. Jablonski A., Powell C.J.- Formalism and parameters for quantitative surfасё analysis!, by. Aueö*4 électron spectroscopy and X-ray photoelectrori .' spectroscopy.Surf-■ ar»l Interface Analysis, v.20,'- 1993, УР.77)г786,Г"! , , , -,j-

3. Платцман Ф.Вольф П. Волны и взаимодействия в огазш твердого тела. M.Map,'1975 , 436 с. .Л"-1

Основа! м:;тер1злл дзсертааП охтубл1кован1 в такта яруковзнзх - ■

1. Кракьхо Ю.Н., Кулик С.П., Мельник П-В., Нахадаин Н.Г., : Пряпкдаио Е.Г.-Двшы свободного пробега электронов доя возбуждения .. осьемнах .и псваяхностнах пяазмонов в германии. //4ИТ. 1986г., 28, .-л:

КЗ с. 887-SeS.

2. Есыяька Ю.Н.; Нуяж СЛ., Вальниа ILB., Нахпдогн К.Г.-... • №5 аденти^акасзш поверхностных зхпазшксв. //ОТГ, Шй£г.. 28,

с. 8Э0-аЭ2

3. Боскойсанишв A.ii.» Крынько т.н.. Еу-шс С.П., Мельник П-В, НахйЖнгз ЯЛ1.» Зека Д.И. -£зргзадерклти ля поверхностных. плззясдав твбраога тала, воабувдаемЕХ заэвдршаии. /¿ЖГ, 1987г., 29. к5, с.£512-1514.

4. Воскобойников A.M., КрынькоЮ.Н., КуликС.ПГ.. МельникЙ.В.. Находкин Н.Г., Шека Д.И. -Влияние.зарядового состояния.поверхности алшиния на характеристики процесса возбуждения .поверхвзссннх, илазмонов. электронами средних анергий. //.Угср,фаз .горная, 13Э1Г-, . . Т.36, N3, с. 462-46Г7.

5. Находкин Н.Г., Васкобойников'А.Ы., Крынъко Ю.Н., .Кулик С.EL, Мельник П.В., Шека Д.И.//Влияние профиля дртоверхностного •. ■ электронного заряда в алкминии,. магния.и-индии на спектр харзк- .. теистических потерь энергии электронов.// ФТТ,. 1991г.,"т.33„ ыП. . C.3359-33G6.

6. Voskotooinikov А. , Nakhodkin N., Kryn'ko Yu. , Kulik, 3-, Helnik P., Sheka. D-- Surface plasmon peaJc. intensity dependesicse <ss the oxygen coverage at metal surfaces. //Solid State Сошпашхета— tions, Vol.90, HI, pp.27-30, 1994.

7. Nakhodkin N.. Voskoboinikov A. r Kryn-ko.Yu... KuXit.S.*; . Melnik P.., Sheka D.r El ectr-оп enerey-1 о&япline-width;for «laeant.' reflected from a norHsonoorletalline .substances.;^/ JournatX aS" Electron Spectroscory and Related Phenomena, Vol.bfi, pp-6«fc-&§&..'..:... 1994. •,..•■

8. Кулик С.П., Находк!н М.Г., Кринько С.Ы., Малтдияг ELE.-. Азиыутальна зале*н!сть спектру характеристики, втраг аш^я S3. ел8ктран1в, в1дбнтах пол1кр1стал1чниыи пл1вкаьш ве. ад. ов та ^ in. //У1ф.®3.«5ШВая, 1996р., т.40,- nII-12, -(L24S2»24S7r -

Аннотация

Кулик с.П. "ВозОугдение плазмонов в приповерхностном слое ; ; твердого тела.электронами средних энергий".

Диссертация на соискание -ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.04 - физическая ..: электроника.

Защищается . 8 работ по спектроскопии енергетических потерь электронов, на возсуждение объемных и'поверхностных плазмонов в поликристаллических пленках.Ai.Mg, in. Be и Ge, измеренных с угловым разрешением в диапазоне энергий электронов 100-1000 эВ. Определены длины свободного пробега электронов для возбуждения объемных и поверхностных плазмонов, а также область эффективной генерации поверхностных плазмонов для чистых поверхностей Ms. in. Be и Ge в диапазоне энергий 100-1000 эВ. Проведены исследования поверхностных плазмонов А1, лв и in при воздействии на поверхность металлов возмущающего фактора за счет адсорбции малых (порядка ОД . монослоя) количеств кислорода.

Обнаружено влияние угла рассеивания электронов' на соотношение интенсивяостей линий спектра энергетических потерь. Показано, что этот эффект зависит от атомного номера вещества мишени и энергии ... падгвдих электронов.

Установлено, что энергетическая зависимость ширины, пика ■объемных плазмонов, наблюдаемая в экспериментах на отражение не : согласуется с характеристиками объемных плазмонов, полученных в 'К-.т!Зкотершентахппо прострелу -тонких ¡пленок.

■ Зшазагу

Kulik 3. Solid : surface plasmon 'exitation by midle energy

electrons.

The dissertation - is for the application to a scientific degree of the candidate of physical-mathematical sciences on a speciality 01.04.04.- physical electronics..

Institute of Physics' HAS of Ukrain, Kiev, 1996.

Bulk ana surface plasmon exitation was £ tadled for A1, Me, In, Be and Ge poly crystal line filns with angle resolution for .tjectrons in 100-1000 eV energy range. Mean free path for exitation bulk and surface plasmons as well aa веап depth of

т.ur:"£',ce рХгввоп generation were determined for slean .Ив, In, fie and Ge surfaces in 10Ó-1000 eV energy ranee. It was studiad influense of oxygen adsorption on Al, Kg and In surface plajsaons for low coverages (less then 0.1 ML).

It was found the EELS lines intensity' ratio depends on electron scattering angle. This effect depends on sample material atomic number and Electroh energy.

The energy dependence of bulk plasmons peak energy width was studied in reflection experiments in comparison with transmitíon ones.

KjimóBijyioBa:.....

непружнв розс1ввання електроЕ1с, спектроскопия характеристячних зтрат енергИ ел8Ктрон1з, довзина вХльного проб try електрон!в, повертев! плазаови, оО'еш! ппазмонн, пЧяиирша плазмонних л!н!й.