WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

из нескольких дифракционных максимумов нулевого по- В ней локализация электронов вблизи атомных плоскорядка, соответствующих фокусировке электронов вдоль стей, наблюдаемая при проникновении их в кристалл, немногих имеющихся межатомных направлений. Причем рассчитывалась в борновском приближении теории дикаждый из них окружен кольцеобразными максимумами фракции с учетом всех дифрагированных волн. Было поболее высоких порядков [14]. С увеличением линейных казано, что, как и в данном случае, для ориентаций элекразмеров плоскости (рис. 3, b) количество межатомных тронов, соответствующих движению вдоль плоскостей и направлений возрастает, и соответственно растет число под малыми углами к ним, основную роль также играет максимумов фокусировки в пределах полосы. При этом взаимодействие электронов с одиночными плоскостями, в области пересечения соответствующих им колец воз- что связано с многоволновыми эффектами.

никает довольно сложная дифракционная структура. Вместе с тем нельзя не отметить, что результаты При дальнейшем росте размеров плоскости (до при- моделирования, представленные на рис. 3, не дают мерно 300 атомов) дискретный характер заполнения адекватного описания поперечного профиля Кикучиполосы постепенно утрачивается, и она начинает вос- полосы, поскольку они не воспроизводят ее резких граприниматься как единое целое, хотя и с изменяющейся ниц, наблюдаемых в эксперименте. Это свидетельствует вдоль нее интенсивностью, а также с локальными уши- о недостаточности рассмотренного механизма и необхорениями вблизи самых плотноупакованных направле- димости учета рассеяния электронов атомами соседних ний (рис. 3, c, d). Одновременно наблюдается заметное плоскостей.

уменьшение ширины полосы, связанное с увеличением 3) Дифракция электронов на системе вклада фокусировки на удаленных от эмиттера рассе- плоскостей (110). Для выяснения вопроса о ивателях. Заметим, что учет процессов многократного том, какую роль в формировании Кикучи-полос играют Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Формирование Кикучи-полос в дифракционных картинах электронов средней энергии Рис. 4. Расчетные дифракционные картины, полученные для кластеров, составленных из трех (a) и пяти (b) плоскостей (110), в каждой из которых содержится по 279 атомов кремния.

процессы рассеяния электронов атомами плоскостей, 4) Дифракция электронов на двух плоспараллельных той, где локализованы источники элек- костях системы (110). Для того чтобы понять, потронов, расчеты дифракционных картин были проведены чему учет рассеяния электронов на двух соседних плосдля более широких кластеров, составленных из ряда костях столь заметно усиливает контрастность Кикучиплоскостей системы (110). Полученные результаты ил- полосы, были проведены специальные расчеты. При этом люстрируются рис. 4. Видно, что даже в случае кластера, использовался кластер из 1198 атомов, расположенных состоящего лишь из трех плоскостей (рис. 4, a), попе- в двух рассеивающих плоскостях (110). Эти плосречный профиль рассматриваемой полосы качественно кости (перпендикулярные поверхности) имели размер изменился по сравнению с данными для двумерного 28 10 ячеек и отстояли одна от другой на 3.84, кластера. Ее границы стали существенно более резкими что равно удвоенному межплоскостному рассеянию в и ровными, чем на рис. 3, d, в результате чего общий вид кремнии. В центре кластера на разной глубине (в меполосы стал соответствовать результатам эксперимента. стах узлов кристаллической решетки между данными плоскостями) помещались одиночные атомы, рассмаВ картине произошли и другие изменения. В часттривавшиеся как источники электронных волн. Далее ности, появились новые максимумы фокусировки за моделировались дифракционные картины для каждого из пределами рассматриваемой полосы. Они обусловлены этих эмиттеров.

наличием в кластере межатомных направлений, которые не лежат в плоскостях (110), а ориентированы наклон- Полученные результаты представлены на рис. 5. Хано к ним. Дальнейшее уширение кластера (увеличе- рактер картин сильно зависит от глубины залегания ние числа плоскостей до пяти на рис. 4, b) приводит источников. В случае эмиттеров, локализованных вблизи в основном к усилению дифракционной структуры на поверхности (рис. 5, a), в картине доминируют максипериферии картины. Наметилось также и формирование мумы фокусировки электронов, ориентированные вдоль новой Кикучи-полосы, перпендикулярной исследуемой и имеющихся в данном кластере направлений 111 и ориентированной на рисунке в вертикальном направле- 101, а в области рассматриваемой Кикучи-полосы нии. Что же касается самой рассматриваемой полосы, дифракционная структура почти отсутствует. С ростом то, как это ни удивительно, вид ее практически не глубины локализации источника (рис. 5, b, c) интенсивизменился при переходе от кластера, состоящего из трех ность указанных максимумов постепенно уменьшается, плоскостей, к построенному из пяти. Таким образом, а в центре картины, наоборот, усиливается. При этом для формирования полосы, сходной с наблюдаемой на в окрестности исследуемой полосы начинает обнаружиопыте, достаточно, чтобы помимо отдельной плоскости, ваться достаточно сложная структура. Примечательно, содержащей источники электронов, имелось хотя бы по что она сначала формируется на периферии картины одной соседней плоскости с каждой ее стороны. Однако (при больших полярных углах вылета электронов), где их линейные размеры, так же как и в рассмотренном имеет вид довольно узкой черной полосы, идущей в уже случае рассеяния электронов атомами изолирован- горизонтальном направлении, которая окаймлена серией ной плоскости, должны быть достаточно велики, чтобы тонких светлых полосок, составленных из отдельных содержать сотни атомов. штрихов (рис. 5, c). При дальнейшем углублении источФизика твердого тела, 1999, том 41, вып. 416 М.В. Гомоюнова, И.И. Пронин, Н.С. Фараджев, Д.А. Валдайцев Рис. 5. Картины дифракции от отдельных эмиттеров, локализованных в кластере на глубинах 5.4 (a), 10.9 (b), 16.3 (c) и 32.6 (d).

ника протяженность этой темной полосы со светлыми шем случае ситуация совершенно иная, так как эмиттер краями возрастает, она приближается к центру картины находится только между двумя плоскостями, и здесь не и на рис. 5, d уже заполняет всю ее середину. Угловое могут возникнуть даже две волны, зеркально-рассеянные положение наиболее интенсивных узких линий по ее в одном направлении. Поэтому вопрос о возникновекраям соответствует углу Брэгга для данной системы нии интенсивных узких линий по краям Кикучи-полосы плоскостей, равному при энергии 2 keV примерно 4. (рис. 5, d) для источников, расположенных на больших Поскольку этот же угол определяет и положение края глубинах, требует дополнительного рассмотрения.

наблюдаемой Кикучи-полосы, можно предположить, что Причина появления указанных максимумов становитрезкий ее профиль возникает за счет рассеяния элек- ся ясной, если проанализировать дифракцию испускаетронов, испускаемых глубоко лежащими эмиттерами.

мых такими источниками электронов на ближайшей к Очевидно, что для проявления этого эффекта необхо- ним цепочке атомов, находящейся в центре одной из димо, чтобы средний свободный пробег электронов до рассеивающих плоскостей кластера и ориентированной неупругого рассеяния был достаточно большим. Именно перпендикулярно его поверхности. Оказалось, что, хоразличие в средних пробегах для легких и тяжелых тя максимумы фокусировки, обусловленные рассеянием элементов и объясняет, по-видимому, отсутствие кон- электронов на разных атомах цепочки, и возникают трастных Кикучи-полос у тяжелых элементов.

вдоль разных направлений, ориентации связанных с Анализируя данные рис. 5, следует подчеркнуть, что ними интерференционных максимумов первого порядобычно, когда речь заходит о максимумах, возникающих ка практически совпадают. Это иллюстрируется рис. 6.

под углами Брэгга, считается, что они возникают в Видно, что по мере удаления рассеивающих атомов в результате дифракции волн, зеркально отраженных от цепочке от эмиттера угловые положения () максимумов системы плоскостей полубесконечного кристалла. В на- фокусировки, показанные точками на графике, заметно Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Формирование Кикучи-полос в дифракционных картинах электронов средней энергии формирование резких краевых областей Кикучи-полос.

Важную роль здесь играет когерентное наложение интерференционных максимумов первого порядка, сопутствующих максимумам фокусировки электронов, выходящих с больших глубин.

Работа выполнена в рамках проекта № 96-0216909 Российского фонда фундаментальных исследований и поддержана Российской государственной программой ”Поверхностные атомные структуры” (проект № 95-1.21).

Список литературы Рис. 6. Взаимосвязь угловых положений максимумов фокусировки () и соответствующих им интерференционных мак- [1] W.F. Egelhoff, Jr. Crit. Rev. Sol. Stat. Mater. Sci. 16, (1990).

симумов первого порядка () в случае рассеяния электронов [2] C.S. Fadley. In: Synchrotron Radiation Research. Advances на цепочке атомов кремния. Углы и отсчитываются от in Surface and Interface Science. V. 1: Techniques / Ed.

нормали к поверхности, штриховой линией обозначен угол R.Z. Bachrach. Plenum Press, N.Y. (1992). Ch. 9. P. 421.

Брэгга.

[3] S.A. Chambers. Surf. Sci. Rep. 16, 6, 261 (1992).

[4] J.-M. Pan, B.L. Maschhoff, U. Diebold, T.E. Madey. Surf. Sci.

291, 2, 381 (1993).

уменьшаются (от 10 до 2), приближаясь к нормали к [5] M. Erbudak, M. Hochstrasser, E. Wetli. Mod. Phys. Lett. B8, 28, 1759 (1994).

поверхности. В то же время положения () соответству[6] N.S. Faradzhev, M.V. Gomoyunova, I.I. Pronin. Phys. Lowющих интерференционных максимумов меняются лишь Dim. Struct. 3/4, 93 (1997).

незначительно, сначала возрастая до значения, равного [7] R. Baudoing, R.M. Stern, H. Taub. Surf. Sci. 11, 255 (1968).

углу Брэгга, а затем плавно убывая. При этом для [8] W.F. Egelhoff, Jr. J. Vac. Sci. Technol. A4, 758 (1984).

восьми атомов цепочки углы различаются не более [9] R. Trehan, J. Osterwalder, C.S. Fadley. J. Electr. Spectr. & Rel.

чем на 0.3. Это и приводит к появлению яркой Phenom. 42, 187 (1987).

особенности при угле Брэгга, определяющей резкий край [10] J. Osterwalder, E.A. Stewart, D. Cyr, C.S. Fadley, Кикучи-полосы.

J. Mustre de Leon, J.J. Rehr. Phys. Rev. B35, 9859 (1987).

В заключение настоящей работы отметим, что вы- [11] И.И. Пронин, Н.С. Фараджев, М.В. Гомоюнова. ФТТ 39, 4, 752 (1997).

явленные в ней существенные различия в чувствительно[12] U. Bardi, M. Torrini, Y. Ichinohe, S. Omori, H. Ishii, M. Owari, сти профиля Кикучи-полос к продольным и поперечным Y. Nihei. Surf. Sci. 394, L150 (1997).

размерам кластера свидетельствуют о сильно анизотроп[13] Y. Ichinohe, H. Ishii, M. Owari, Y. Nihei. Jpn. J. Appl. Phys.

ном характере их формирования. Данный фактор, по35, L587 (1996).

видимому, можно использовать для получения сведений [14] М.В. Гомоюнова, И.И. Пронин, Н.С. Фараджев. ЖЭТФ 110, о морфологии тонких пленок легких элементов, расту1(7), 311 (1996).

щих в островковой моде. Из полученных данных следует, [15] И.И. Пронин, Н.С. Фараджев, М.В. Гомоюнова. ФТТ 40, 7, что при определенных условиях по формирующимся 1364 (1998).

Кикучи-полосам напыляемого вещества можно судить о [16] D.J. Dingley, K.Z. Baba-Kishi, V. Randle. Atlas of форме кристаллитов и даже оценивать их размеры. Backscattered Kikuchi Diffraction Patterns. Institute of Physics Publishing Bristol and Philadelphia (1995).

Таким образом, проведено экспериментальное и те[17] M.P. Seach. Surf. Interface Anal. 9, 85 (1986).

оретическое исследование механизма формирования [18] N.S. Faradzhev, M.V. Gomoyunova, I.I. Pronin. Phys. LowКикучи-полос, наблюдаемых в дифракционных картиDim. Struct. 9, 11 (1994).

нах монокристалла кремния вдоль проекций плоско- [19] M.V. Gomoyunova, O.V. Konstantinov, I.A. Shmulevitch. Surf.

стей (110). Sci. 108, 281 (1981).

Показано, что имеются два механизма, определяющие возникновение рассматриваемых полос. Во-первых, это процессы фокусировки электронов, которые протекают при движении частиц вдоль самих плоскостей (110) и вызваны преимущественно малоугловым рассеянием на встречающихся на их пути атомах. При этом для формирования сплошных полос требуются достаточно длинные пробеги электронов вдоль указанных плоскостей.

Во-вторых, это дифракционное рассеяние электронов на ближайших соседних плоскостях, ответственное за 4 Физика твердого тела, 1999, том 41, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.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.