WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |

«Д.Е. Николичев, А.В. Боряков, С.И. Суродин ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ГЕТЕРОНАНОСИСТЕМ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОВСКОЙ ФОТОЭЛЕКТРОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ Учебное пособие ...»

-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

"Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского"

Д.Е. Николичев, А.В. Боряков, С.И. Суродин

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ

ГЕТЕРОНАНОСИСТЕМ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОВСКОЙ

ФОТОЭЛЕКТРОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Учебное пособие Рекомендовано методической комиссией физического факультета для студентов ННГУ, обучающимся по направлениям 222900 – "Нанотехнологии и микросистемная техника", 210100 – "Электроника и наноэлектроника" Нижний Новгород УДК 543.428:54.06:538. ББК 22.344я Н- Н-63 Николичев Д.Е., Боряков А.В., Суродин С.И. ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ГЕТЕРОНАНОСИСТЕМ МЕТОДОМ РЕНТГЕНОВСКОЙ

ФОТОЭЛЕКТРОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ: Учебное пособие — Н.Новгород:

Изд-во Нижегородского госуниверситета, 2014. — 73 с., илл. - 48, табл. - 2, библ. – 30.

Рецензент: к.ф.-м.н. Ю.А. Данилов Рассматриваются физические основы метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Рассмотрены методы интерпретации фотоэлектронных спектров. Описана методика проведения количественного химического анализа методом РФЭС совместно с ионным профилированием структур с нанометровыми слоями. Приведены примеры анализа состава наноструктур на основе оксида кремния и спинтронных систем на основе арсенида галлия Для студентов бакалавриата и магистратуры, обучающихся по специальностям 222900 – "Нанотехнологии и микросистемная техника" и 210100 – "Электроника и наноэлектроника", направление специализации — "Физика твердотельных наноструктур" УДК 543.428:54.06:538. ББК 22.344я © Д.Е. Николичев, А.В. Боряков, С.И. Суродин, © Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского,

СОДЕРЖАНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. Физические основы метода РФЭС

1.1. Рентгеновское излучение

1.2. Обозначения атомных термов

1.3. Фотоионизация остовного уровня рентгеновским излучением............... 1.4. Оже-процесс в РФЭС

1.5. Фотоэлектронный спектр

1.6. Тонкая структура спектров РФЭС

1.7. Угловая зависимость интенсивности ФЭ-линий

1.8. Химический сдвиг фотоэлектронных и оже-линий

1.9. Спектры валентной зоны

1.10. Спектральное разрешение в методе РФЭС

2. Оборудование для метода РФЭС

2.1. Рентгеновские источники

2.3. Монохроматизация рентгеновского излучения

2.3. Полусферический анализатор энергии

2.4. СВВ комплекс Omicron Multiprobe RM

3. Методика анализа спектров в методе РФЭС

3.1. Математическая обработка спектров

3.2. Интегральная интенсивность ФЭ-линии

3.3. Методы расчета концентрации элементов

4. Послойный анализ в методе РФЭС

4.1. Ионное распыление

4.2. Разрешение по глубине при послойном анализе

5. Примеры применения метода РФЭС для химического анализа твердотельных структур

5.1. Исследование химического состава наноструктур на основе оксида кремния с нанокристаллами.

5.2. Диагностика состава структур спинтроники

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

РФЭС – рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия ЭОС – электронная оже-спектроскопия РФА - рентгеноструктурный фазовый анализ ВИМС – вторично-ионная масс-спектроскопия ПЭМ – просвечивающая электронная микроскопия РЭМ – растровая электронная микроскопия РЭДС – рентгеновская энергодисперсионная спектроскопия СХПЭЭ – спектроскопия характеристичных потерь энергии электронов РМА – рентгеновский микроанализ УФЭС – ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия ХРИ – характеристичное рентгеновское излучение ТРИ – тормозное рентгеновское излучение СВВ – сверхвысокий вакуум ФОЧ – фактор относительной чувствительности ГХ – градуировочная характеристика ВЭУ – вторично-электронный умножитель АСМ – атомно-силовая микроскопия ВТО - высокотемпературный отжиг ФЛ - фотолюминесценция МНС - многослойные наносистемы a-SiOx ССИД - спиновый светоизлучающий диод ФМП - ферромагнитный полупроводник ГФЭМОС - газофазная эпитаксия из металлорганических соединений ИЛО - импульсное лазерное осаждение

ВВЕДЕНИЕ

Основной тенденцией в технологии производства электронных приборов, наблюдаемой на протяжении последних нескольких десятилетий, является миниатюризация. Кроме давно известных преимуществ в быстродействии, энергопотреблении, степени интеграции и компактности приборов на основе низкоразмерных структур, открываются широкие возможности вариации их свойств за счет эффектов размерного квантования. Активное развитие новых перспективных направлений нанотехнологий инициирует не только совершенствование современных аналитических методов исследования, но и поиски принципиально новых подходов к их анализу. Одной из важнейших характеристик наноструктуры является ее состав. Поскольку речь идет о параметрах систем пониженной размерности, то и пространственное разрешение применяемого метода должно быть, как минимум, субмикронным, а лучше нанометровым. Методы рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), электронной оже-спектроскопии (ЭОС), рентгеноструктурного фазового анализа (РФА), аналитической просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), аналитической растровой электронной микроскопии (РЭМ), вторично-ионной масс-спектроскопии (ВИМС) и др., ставшие на сегодняшний день классическими открывают широкий спектр возможностей изучения элементного, химического и фазового состава структур. Развитие приборной базы аналитических методов привело к существенному улучшению локальности многих из них, позволяя проводить анализ структур с нанометровым пространственным разрешением.



Кратко рассмотрим характеристики некоторых методов.

Метод ВИМС основан на анализе массы положительных или отрицательных ионов, эмитированных из образца в результате процесса вторичной ионной эмиссии под воздействием первичного пучка ионов.

Пространственное разрешение современных масс-анализаторов с фокусированным ионным зондом составляет 50 нм. ВИМС имеет рекордную чувствительность среди методов спектроскопии заряженных частиц, и его предел обнаружения примесей достигает 1013 см-3 (10-10 ат. %). Тем не менее, масс-спектры в некоторых случаях сложны для интерпретации и проведения количественного анализа, вследствие эмиссии не только отдельных ионов, но и ионизированных соединений и молекул, влияния матрицы образца и др.

Метод ПЭМ обладает наибольшей локальностью измерений, что в совокупности с дополнительным аналитическим оборудованием для рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии (РЭДС) и спектроскопии характеристических потер энергий электронов (СХПЭЭ) позволяет проводить элементный анализ с пространственным разрешением 1 – 5 нм. Основной проблемой метода ПЭМ является процесс пробоподготовки, сложность которого зависит от материала образца, и качество приготовления структуры определяет в значительной степени результат исследований.

Метод РЭМ с аналитической приставкой для РЭДС (рентгеновский микроанализатор - РМА) предназначен для исследования топографии с нанометровым разрешением ( 5 - 10 нм) и экспрессного элементного анализа твердотельных структур с разрешением 100 нм. Количественный анализ в методе РМА бывает весьма сложен, вследствие влияния матричного эффекта на спектр ХРИ, и для измерения содержания компонентов с достаточной точностью ( 3 – 5 ат. %) зачастую требуется построение градуировочной характеристики с использованием стандартных образцов.

Метод РФЭС основан на измерении энергетического спектра электронов, испускаемых с поверхности твердого тела под действием ХРИ. РФЭС обладает рядом важнейших преимуществ:

1. Метод позволяет детектировать химические сдвиги, обусловленные различием в молекулярном окружении атомов и, как следствие, определять их химическое состояние. Таким образом, открывается широкий спектр возможностей химического анализа, позволяющего объяснить основные закономерности формирования структур, отслеживая вариации фазового состава в нанообъектах и на гетерограницах;

2. Для метода РФЭС разработаны относительно простые процедуры количественного анализа, обеспечивающие экспрессное получение приемлемо точных результатов о содержании компонентов;

3. РФЭС является методом определения химического состояния поверхности и приповерхностных слоев, собирая аналитический сигнал с глубин до 3 – 8 монослоев, что в совокупности с ионным профилированием обеспечивает получение профилей распределения химического состава по глубине структур с разрешением 1 – 5 нм;

4. РФЭС отличается чистотой проведения исследований, т.к. необходимым условием проведения измерений для метода анализа поверхности является сверхвысокий вакуум (СВВ), и давление остаточных газов в аналитической камере составляет ~ 10-10 - 10-9 Торр.

Все это в совокупности дает возможность использования метода РФЭС для решения многих аналитических задач в области диагностики химсостава твердотельных наносистем.

1. Физические основы метода РФЭС 1.1. Рентгеновское излучение При описании источников рентгеновского излучения для РФЭС речь в основном пойдет о "естественном" или, точнее, немонохроматическом излучении. Следует помнить, что спектр излучения любого материала очень сложен и содержит широкий непрерывный фон тормозного рентгеновского излучения (ТРИ), на который накладываются более или менее узкие (единицы электронвольт) линии характеристического рентгеновского излучения (ХРИ). В случае мягкого рентгеновского излучения (~1 кэВ) интенсивность ТРИ менее значительна по сравнению с ХРИ, чем в случае жесткого рентгеновского излучения, возникающего, например, при бомбардировке медного анода. В качестве примера на рис. 1 приведен спектр ХРИ алюминия.

Интенсивность ТРИ является функцией энергии бомбардирующих электронов и после прохождения через окно ее максимум будет находиться между 20 и 40 % значения этой энергии в зависимости от толщины окна;

непрерывный спектр простирается в сторону больших и меньших энергий от основной характеристической линии и, следовательно, будет полезен для возбуждения оже-переходов с атомных уровней, расположенных слишком глубоко, чтобы их можно было ионизировать непосредственно ХРИ.

Сложность спектра обусловлена эмиссией сателлитов, связанных с основными пиками, а также мультиплетностью линий при увеличении атомного номера.

Рис. 1. Спектр эмиссии рентгеновского излучения, эмитируемого алюминиевой мишенью при бомбардировке электронами с энергией 15 кэВ, записанный с использованием детектора на основе Si:Li через бериллиевое окно толщиной 7,5 мкм. Интенсивность фона при низких энергиях ослабляется вследствие 1.2. Обозначения атомных термов Поскольку электрон является заряженной частицей, при его движении вокруг ядра возникает магнитное поле. Две последние величины можно охарактеризовать угловым моментом, называемым орбитальным, который квантован, так как электрон имеет дискретную энергию в атоме [1].



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
 



Похожие работы:

«Сборник докладов подготовлен под редакцией доктора химических наук, академика Кулажанова К.C. Редакционная коллегия: Цой А.П., Кизатова М.Ж., Хмельнюк М.Г., Эглит А.Я., Шлейкин А.Г., Андреева В.И. (ответ. секретарь) К14 Казахстан-Холод 2014: Сборник докладов международной научнотехнической конференции (27 февраля 2014 г.) – Алматы: АТУ, 2014. – 139с. ISBN 978-601-263-274-3 В докладах представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований ученых и специалистов Казахстана,...»

«Красное и черное: © Издательство Правда; Москва; 1984 Аннотация Стендаль (1783–1842) — настоящая фамилия Анри Бейль — один из тех писателей, кто составил славу французской литературы XIX века. Его перу принадлежат Пармская обитель, Люсьен Левель, Ванина Ванини, но вершиной творчества писателя стал роман Красное и черное. Заурядный случай из уголовной хроники, лежащий в основе романа, стал под рукой тонкого психолога и блестящего стилиста Стендаля человеческой драмой высочайшего накала и...»

«ОЧИСТКА И РЕКУПЕРАЦИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальности 240406.65 Технология химической переработки древесины всех форм обучения Сыктывкар 2012 2 УДК 676 ББК 35.77 О-95 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой теплотехники и гидравлики Сыктывкарского лесного института 11 мая 2012 г. Утвержден к изданию в электронном виде советом технологического факультета Сыктывкарского лесного института 21 июня 2012 г. Составитель: старший...»

«Мухаммад Хусейн Ибрахими Перевод: Ибрагимовой Малики 1    Всемирная Ассамблея Ахл аль Байт Анализ религиозно-правовых школ в Исламе Автор: Мухаммад Хусейн Ибрахими Перевод: Ибрагимовой Малики Заказчик: Отдел переводов Редактор: Алмат Абсаликов Издатель: Всемирная ассамблея Ахл аль Байт Год издания:2007 Тираж: 3000 Издательство: Итимад www.ahl-ul-bavt.org info(a)ahl-ul-bavt.org ISBN: 964-8686-92-0 2    Оглавление Оглавление ВСТУПЛЕНИЕ Особенности книги Что представляет из себя ваххабизм?...»

«И.А.Ильиных Экология человека Курс лекций Горно-Алтайск 2005 2 Рекомендовано учебно-методическим управлением ГАГУ ББК 20.1 И46 Ильиных И.А. Экология человека: Курс лекций Горно-Алтайск: РИО ГАГУ, 2005. - 136 с. Автор-составитель Ильиных И. А., к.б.н., старший преподаватель кафедры геоэкологии и природопользования географического факультета ГАГУ Мананкова Т. И., к.г.н., доцент каРецензенты: федры геоэкологии и природопользования географического факультета ГАГУ Комарова Л.А., д.б.н., профессор,...»

«УТВЕРЖДЕНА Директором ИГНД НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ПРЕДДИПЛОМНАЯ ПРАКТИКА Программа для направления 130100 Геология и разведка полезных ископаемых, магистерская программа 130100.27 Геология, поиски и разведка руд редких и радиоактивных элементов Институт геологии и нефтегазового дела Обеспечивающая кафедра: геоэкологии и геохимии (ГЭГХ) Курс 5 Семестр 10 Учебный план набора 2008 года с изменениями Распределение учебного времени Длительность практики 6 недель Дифзачет в 11 семестре 2008 264...»

«Выпуск 6. Июль 2010 КОЛОНКА ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА. Цикл лекций Мир нанотехнологий Государственная корпорация Российская корпорация нанотехнологий (РосНанотех) приступила к реализации проекта по созданию цикла научно-популярных лекций Мир нанотехнологий. Целевой аудиторией данных лекций будут ученики 10-11 классов и педагоги образовательных учреждений. Основным исполнителем данного проекта является издательство Бином. Лаборатория знаний (http://www.LBZ.ru, http://www.metodist.lbz.ru ), при этом...»

«Материалы Международной заочной научно-практической конференции Проблемы изучения и использования торфяных ресурсов Сибири 24-27 августа 2009 года г. Томск, Россия 2 Секция 2 Экология и рациональное природопользование торфяных болот 3 СОДЕРЖАНИЕ Juozas Ruseckas, Vaidotas Grigaliunas Relationships between physical and chemical properties of low moor soils and the ground water level. Аврова А. Ф. Содержание биогенных элементов в торфяных почвах в связи с геоморфологическим залеганием болот...»

«ИЗДАТЕЛЬСТВО московского УНИВЕРСИТЕТА 1985 УДК 631. Орлов Д. С. Химия почв: Учебник. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985. — 376 с. ил. В учебнике последовательно излагаются вопросы истории химии почв, ее ис­ пользования в практике сельского хозяйства, химические свойства и состав глав­ нейших типов почв, ведущие химические процессы и химические равновесия в поч­ вах, фундаментальные законы ионообменной способности почв, формирования кислот­ ности и щелочности, окислительно-восстановительных режимов....»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.