WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 5 Выход атомов самария при электронно-стимулированной десорбции с поверхности окисленного вольфрама © В.Н. Агеев, Ю.А. Кузнецов, Н.Д. Потехина Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия E-mail: kuznets@ms.ioffe.rssi.ru (Поступила в Редакцию 23 сентября 2002 г.) Выход атомов самария (Sm) измерен при электронно-стимулированной десорбции из слоев Sm, адсорбированных на поверхности окисленного вольфрама, в зависимости от энергии бомбардирующих электронов, покрытия поверхности самарием, степени окисления вольфрама и температуры подложки. Измерения выполнены с помощью времяпролетного метода и детектора на основе поверхностной ионизации в интервале температур подложки от 140 до 600 K. Выход в зависимости от энергии бомбардирующих электронов имеет резонансный характер. Перекрывающиеся резонансные пики атомов Sm наблюдаются при энергиях электронов 34 и 46 eV, что может быть связано с возбуждением уровней Sm 5p и 5s. Выход атомов Sm является сложной функцией покрытия самария и температуры подложки. Пики атомов Sm видны только в диапазоне покрытий Sm от 0 до 0.2 монослоя (ML), в котором выход атомов проходит с ростом покрытия через максимум. Форма температурной зависимости выхода зависит от покрытия Sm. При низких покрытиях Sm (< 0.07 ML) выход медленно уменьшается с ростом температуры до 270 K, а затем резко падает до нуля при температурах выше 360 K. При более высоких покрытиях выход атомов Sm с ростом температуры проходит через максимум, и дополнительные пики появляются при энергиях электронов 42, 54 и 84 eV, которые могут быть связаны с возбуждением уровней вольфрама 5p и 5s. Очень вероятно, что эти пики связаны с десорбцией молекул SmO, выход которых достигает максимума при покрытии Sm около 1 ML.

Работа выполнена при поддержке Российской государственной программы „Поверхностные атомные структуры“.

Облучение поверхности твердого тела электронами Редкоземельные металлы (РЗМ) находят широкое может приводить к десорбции заряженных и нейтраль- применение в электронике, электротехнике, нефтепеных частиц. Если десорбция возникает в результате рерабатывающей и автомобильной промышленности, а прямого перехода потенциальной энергии электронно- также в космической технике для производства постоянго возбуждения адсорбционной связи в кинетическую ных магнитов, конструкционной и ВТСП-керамики [10].

энергию десорбирующихся частиц, это явление при- Кроме того, РЗМ представляют большой интерес и с нято называть электронно-стимулированной десорбци- научной точки зрения: число 4 f -электронов плавно меей (ЭСД) [1]. ЭСД широко используется для анализа и няется вдоль РЗМ-ряда, что позволяет выяснить влияние модификации адсорбируемых слоев [2]. К настоящему этого фактора на характеристики ЭСД атомов РЗМ. Мы времени получено много информации об ЭСД поло- изучили выход атомов Eu из слоев Eu, адсорбированных жительных и отрицательных ионов [3]. Однако число на окисленном вольфраме [8,9]. В настоящей работе сонадежных измерений потоков нейтральных частиц весь- общается об измерениях выхода атомов Sm из слоев Sm, ма ограничено, что препятствует построению детальных адсорбированных на поверхности окисленного вольфмоделей этого явления.

рама. Эти данные сравниваются с соответствующими Наиболее обширные сведения об ЭСД нейтральных данными, полученными ранее для атомов Eu. Sm обчастиц получены для атомов щелочных металлов. Выладает относительно низкими потенциалом ионизации ход и энергораспределения атомов щелочных металлов (5.63 eV) [11] и энергией активации термодесорбции с измерены при ЭСД из слоев, адсорбированных на повольфрама среди РЗМ [12], поэтому поток атомов Sm верхности окисленного вольфрама [4], молибдена [5] и относительно легко может быть зарегистрирован с поокисла кремния [6]. Имеются также данные о выходе и мощью детектора на основе поверхностной ионизации.

энергораспределениях атомов бария [7] и выходе атомов европия (Eu) [8] при ЭСД с окисленного вольфрама. Эти измерения показали, что механизм ЭСД для 1. Экспериментальная техника нейтральных частиц в очень большой степени зависит от электронной структуры адсорбированных атомов и Экспериментальная установка и процедуры, испольэлектронной структуры подложки. В частности, выход зованные для приготовления образцов, детально опиатомов бария и щелочных металлов монотонно изменя- саны ранее [13]. Поэтому здесь ограничимся только ется с увеличением энергии электронов [4,7], а выход описанием основных частей экспериментальной установатомов Eu с окисленного вольфрама имеет резонансный ки и тех усовершенствований, которые были сделаны характер [8,9]. в процессе ее эксплуатации. Измерения выполнены 11 930 В.Н. Агеев, Ю.А. Кузнецов, Н.Д. Потехина в прогреваемой камере из нержавеющей стали при давлении остаточных газов ниже 5 · 10-10 Torr. Образцами служили текстурированные вольфрамовые ленты размером 70 2 0.01 mm с преимущественным выходом на поверхность грани (100). Образцы очищались от углерода прокаливанием в атмосфере кислорода [p(O2) =1·10-6 Torr ] при температуре T = 1800 K в течение 3 часов. Содержание примесей в образце контролировалось с помощью оже-электронной спектроскопии и термодесорбционной спектроскопии. Монослой кислорода на поверхности образца создавался путем экспозиции образца при давлении кислорода 1 · 10-6 Torr и температуре образца T = 1600 K в течение 300 s, а слой окисла выращивался при том же самом давлении кислорода и T = 1100 K в течение 600 s [14].

Самарий осаждался на поверхность окисленного вольфрама при T = 300 K из прямонакального испарителя, сделанного из танталовой трубки с помещенным в нее металлическим самарием. В трубке было сделано несколько отверстий, чтобы обеспечить равномерное распределение скорости осаждения самария вдоль образца. Концентрация осажденного самария определялась с помощью термодесорбционной спектроскопии [15] и контролировалась по максимуму выхода самария при ЭСД. Этот максимум, связанный с возбуждением остовных уровней вольфрама 5p и 5s, соответствует покрытию самария в один монослой.

Рис. 1. Выход Sm при ЭСД из слоя Sm, адсорбированного на Измеренная концентрация адсорбированного самария, поверхности вольфрама, покрытого монослоем кислорода, при соответствующая монослою кислорода на поверхности T = 300 K как функция энергии бомбардирующих электронов грани W (100), покрытого монослоем кислорода, равна для степени покрытия самария : a — 0.10, b — 0.70.

8.7 · 1014 atom/cm2, а на поверхности грани W (100), покрытой окислом, — 1 · 1015 atom/cm2 [15].

Образец мог охлаждаться путем пропускания через вольфрамовую ленту, нагретую до T = 2000 K. Ионный полые токоподводы газообразного азота, предварительно сигнал усиливался электронным умножителем, а отноохлажденного в медной трубке, погруженной в жидшение сигнал–шум улучшалось с помощью синхронного кий азот. Температура образца изменялась в диапазоне детектирования.

от 160 до 300 K путем изменения скорости пропускания потока охлажденного азота. Температура образца в низкотемпературной области определялась из температур2. Результаты ной зависимости электрического сопротивления образца, помещенного в термостат с известной температурой.

На рис. 1 представлены графики зависимостей выхоОбразец мог нагреваться до T = 2500 K пропусканием да q атомов Sm из слоя Sm, адсорбированного на поэлектрического тока. Температура в области высоких верхности вольфрама, покрытого монослоем кислорода, температур определялась с помощью оптического миот энергии бомбардирующих электронов Ee для двух кропирометра, а в области между 300 K и пирометрипокрытий самария: = 0.10 и 0.70. Видно, что выход ческими температурами — из линейной экстраполяции атомов Sm от энергии электронов имеет резонансный температурной зависимости тока накала к комнатной характер. Порог появления ЭСД атомов Sm близок к температуре.

энергии электронов Ee = 26 eV (рис. 1, a) и проходит В качестве эмиттера электронов служила поликрисчерез максимум при Ee = 34 eV. Еще одна особенность таллическая вольфрамовая нить диаметром 100 µm, расвидна на спадающей стороне этого пика при Ee = 46 eV.

положенная параллельно образцу. Энергия электронов включает поправку на работу выхода эмитте- Положение этих особенностей коррелирует с энергиями ионизации остовных уровней Sm 5p и 5s [17].

ра [16]. Плотность эмиссионного тока не превышала Когда покрытие Sm увеличивается, интенсивность пиков 5 · 10-6 A/cm2 в диапазоне энергий электронов от при 34 и 46 eV уменьшается без изменения формы до 300 eV и не вызывала заметного разогрева образца при электронной бомбардировке. Для регистрации по- пиков, и появляются дополнительные пики при энергиях тока атомов Sm использовался детектор на основе по- электронов 42, 54 и 84 eV (рис. 1, b), которые могут быть верхностной ионизации, содержащий текстурированную связаны с ионизацией остовных уровней W 5p и 5s [17].

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. Выход атомов самария при электронно-стимулированной десорбции... При ЭСД из слоя Sm, адсорбированного на поверхности окисла вольфрама, резонансный характер выхода атомов Sm от энергии облучающих электронов сохраняется, однако зависимость интенсивности выхода атомов Sm от степени покрытия качественно изменяется (рис. 4). Выход атомов Sm резко возрастает при очень низких покрытиях Sm ( <0.025), а затем почти линейно уменьшается с ростом степени покрытия.

Такой характер зависимости q( ) напоминает зависимость выхода атомов Eu для пиков, связанных с возбуждением остовных уровней Eu при ЭСД из слоя Eu, адсорбированном на вольфраме, покрытом монослоем кислорода [8.9].

Интенсивность пиков атомов Sm при Ee = 34 и 46 eV Рис. 2. Выход атомов Sm при ЭСД из слоя Sm, адсорби- уменьшается с увеличением степени окисления вольфрованного на поверхности вольфрама, покрытого монослоем рама, а интенсивность пиков, связанных с возбуждением кислорода, при T = 300 K для энергий электронов 34 (1) остовных уровней вольфрама (42, 54 и 84 eV), почти не и 46 eV(2) как функция степени покрытия самария.

зависит от степени окисления подложки.

Рис. 4. Выход атомов Sm при ЭСД из слоя Sm, адсорбиРис. 3. Выход молекул SmO при ЭСД из слоя Sm, адсорбированного на окисле вольфрама, при T = 300 K для энергий рованного на поверхности вольфрама, покрытого монослоем электронов 34 (1) и 46 eV (2) как функция степени покрытия кислорода, при T = 300 K для энергий электронов 42 (1), самария.

54 (2) и 84 eV(3) как функция степени покрытия самария.

Рис. 2 изображает зависимости интенсивности пиков от степени покрытия самарием поверхности вольфрама, покрытого монослоем кислорода. При низких покрытиях интенсивности пиков при Ee = 34 и 46 eV растут практически линейно с ростом покрытия, а затем проходят через максимум примерно при одной и той же величине = 0.08. Интенсивность пика при 46 eV во всем диапазоне покрытий ниже, чем интенсивность пика при 34 eV, причем пик при 46 eV исчезает уже при покрытии = 0.15, а пик при 34 eV — лишь при покрытии >0.20. Пики, соответствующие ионизации остовных уровней вольфрама (42, 54 и 84 eV), появляются при покрытии Sm около 0.2 ML. Их интенсивность Рис. 5. Выход атомов Sm при ЭСД из слоя Sm, адсорбипочти линейно возрастает с ростом покрытия, а затем рованного на поверхности вольфрама, покрытого монослоем проходит через максимум при покрытии = 1 (рис. 3).

кислорода, как функция температуры подложки при энерИнтенсивность этих пиков уменьшается с ростом энергии электронов Ee = 34 eV и степенях покрытия самария :

гии возбуждения при фиксированном покрытии Sm. 1 — 0.03, 2 — 0.05, 3 — 0.10, 4 —0.15 и 5 — 0.20.

11 Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 932 В.Н. Агеев, Ю.А. Кузнецов, Н.Д. Потехина причем температура спада выхода уменьшается с ростом покрытия Sm. Аналогичные зависимости наблюдаются и для других пиков выхода Sm (54 и 84 eV), связанных с возбуждением остовных уровней вольфрама. Во всем температурном диапазоне измерений выход обратим с изменением температуры подложки, т. е. термодесорбцией самария можно пренебречь.

Как показывают оценки, скорость диссоциации молекул SmO так же, как молекул EuO, на нагретой вольфрамовой ленте детектора больше, чем скорость термодесорбции атомов Sm и Eu соответственно, поэтому с помощью детектора на основе поверхностной ионизации невозможно отличить десорбцию молекул SmO и атомов Sm [19].

Рис. 6. Выход молекул SmO при ЭСД из слоя Sm, адсорби- Следовательно, с высокой степенью достоверности рованного на поверхности вольфрама, покрытого монослоем можно полагать, что после возбуждения остовных уровкислорода, как функция температуры подложки при энерней вольфрама имеет место десорбция молекул SmO.

гии электронов Ee = 42 eV и степенях покрытия самария :

1 — 0.40, 2 — 0.50, 3 — 0.70, 4 —0.90 и 5 —1.0.

3. Обсуждение результатов Монослой Sm, адсорбированный на вольфраме при Выход атомов Sm при ЭСД является сложной функциT = 300 K, понижает работу выхода [20]. К сожалению, ей температуры подложки и степени покрытия подложки нам пока неизвестны измерения работы выхода при самарием. Рис. 5 демонстрирует графики зависимости адсорбции Sm на окисленном вольфраме, поэтому мы выхода атомов Sm при ЭСД из слоя Sm, адсорбирополагаем (по аналогии со щелочными и щелочноземельванного на поверхности вольфрама, покрытого монослоными металлами), что Sm адсорбируется на окисленном ем кислорода, от температуры подложки при энергии вольфраме в ионной форме и распределен вдоль поэлектронов Ee = 34 eV. Видно, что при <0.10 выход верхности случайным образом при покрытиях меньше слегка уменьшается с ростом температуры в диапазоне монослойного, а при покрытиях больше монослойного от 160 до 280 K, а затем быстро спадает до нуля при образует кластеры. Подобная ситуация реализуется при T > 350 K. Когда покрытие Sm увеличивается от 0.адсорбции Eu на окисленном вольфраме [9].

до 0.10, выход плавно увеличивается с ростом покрытия Порог появления ЭСД атомов Sm с поверхности при фиксированной температуре вплоть до T < 350 K.

окисленного вольфрама составляет 26 eV, что очень При степени покрытия >0.10 выход атомов Sm с близко к энергии ионизации уровня кислорода 2s, которостом T проходит через пологий максимум, который с ростом покрытия смещается в область высоких тем- рая равна 23 eV [17]. Однако мы полагаем, что основной канал возбуждения адсорбционной связи для ЭСД ператур. Причем его интенсивность и протяженность по температуре уменьшаются. Температурный порог появ- атомов щелочных металлов, связанный с возбуждением уровня 2s O [4,5], не реализуется в случае ЭСД ления ЭСД атомов Sm увеличивается, а температура исчезновения выхода уменьшается с ростом степени атомов Sm так же, как при ЭСД атомов Eu [8,9].

Pages:     || 2 | 3 |



© 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.