WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 5 Электронно-стимулированная десорбция атомов редкоземельных металлов © 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 18 сентября 2003 г.) Выход атомов европия и самария измерен при электронно-стимулированной десорбции из слоев редкоземельных металлов (РЗМ), адсорбированных на поверхности окисленного вольфрама, в зависимости от энергии бомбардирующих электронов, покрытия поверхности РЗМ, 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 К. Выход в зависимости от энергии бомбардирующих электронов имеет резонансный характер. Перекрывающиеся резонансные пики атомов Sm наблюдаются при энергиях электронов 34 и 46 eV, а атомов Eu — при энергиях электронов 36 и 41 eV. Эти энергии хорошо коррелируют с энергиями возбуждения остовных уровней РЗМ 5p и 5s.

Выход атомов РЗМ является сложной функцией покрытия РЗМ и температуры подложки. Пики атомов РЗМ видны только при малых покрытиях РЗМ, и их интенсивность обычно с ростом степени покрытия и температуры подложки проходит через максимум. На форму концентрационной зависимости выхода атомов РЗМ оказывает влияние напыление медленных ионов Ba+, причем только в случае напыления их после адсорбции РЗМ. При более высоких степенях покрытия РЗМ наблюдаются дополнительные пики при энергиях электронов 42, 54 и 84 eV, которые связаны с возбуждением уровней вольфрама 5p и 5s и являются результатом десорбции молекул SmO и EuO. Температурная зависимость интенсивности этих пиков объясняется фазовым переходом порядок–беспорядок. Десорбция атомов РЗМ является результатом реверсивного движения через адсорбированный слой РЗМ, а десорбция молекул SmO и EuO происходит в результате образования антисвязанного состояния между молекулами окислов РЗМ и ионами вольфрама.

Работа выполнена в рамках Российской государственной программы „Поверхностные атомные структуры“ (ГК № 1152) и при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 03-02-17523).

Облучение поверхности твердого тела электронами мерили выход и энергораспределения атомов щелочных может вызывать десорбцию заряженных и нейтральных металлов при ЭСД из слоев щелочных металлов, адсорчастиц. Десорбция может происходить в результате бированных на поверхности окисленного вольфрама [4], нагрева электронами твердого тела, и тогда это явление молибдена [5], а также атомов бария при ЭСД из слоев носит название термодесорбции для нейтральных частиц бария, адсорбированных на поверхности окисленного или поверхностной ионизации (ПИ) для заряженных ча- вольфрама [6]. Эти измерения показали, что механизм стиц. Удаление частиц с поверхности может происходить ЭСД нейтральных частиц зависит от электронной струкв результате передачи кинетической энергии электронов туры адсорбата и подложки. В частности, оказалось, что частицам твердого тела при упругом столкновении. основным механизмом ЭСД атомов щелочных металлов Эффективность этого процесса зависит от отношения с окисленных подложек является образование дырки на массы частицы к массе электрона и уменьшается с уве- уровне 2s кислорода, Оже-распад которой с участием личением энергии связи частицы с поверхностью. Даже электронов 2p-оболочки приводит к нейтрализации аддля удаления такой легкой частицы, как атом водорода, сорбированных ионов щелочных металлов. Десорбция хемосорбированного на поверхности металла, энергия атомов определяется конкуренцией процессов релакэлектронов должна быть порядка 10 keV. Наконец, де- сии заряда на ионе кислорода и реионизации атомов сорбция частиц с поверхности твердого тела может про- щелочных металлов. Если ион кислорода восстановисходить в результате прямого перехода потенциальной ливает свой отрицательный заряд за счет электронов энергии электронного возбуждения адсорбционной свя- подложки быстрее, чем реионизуется атом щелочного зи в кинетическую энергию десорбирующихся частиц. металла, то атом десорбируется вследствие перекрытия Это явление называется электронно-стимулированной электронных оболочек атома и отрицательного иона десорбцией (ЭСД) [1–3]. кислорода [7].

ЭСД широко используется для анализа и модификации В настоящей работе мы исследовали ЭСД атомов адсорбируемых слоев и пленочных покрытий, однако де- редкоземельных металлов (РЗМ) из слоев РЗМ, адтально ее механизм еще недостаточно изучен. Особенно сорбированных на поверхности окисленного вольфране хватает сведений об ЭСД нейтральных частиц из- ма. Эти исследования вызваны несколькими причинами.

за трудностей регистрации их потоков. Мы впервые из- Во-первых, РЗМ широко используются в электронной 12 946 В.Н. Агеев, Ю.А. Кузнецов, Н.Д. Потехина и электротехнической промышленности для создания люминофонов, сцинтилляторов, постоянных магнитов и ВТСП-керамики [8,9]. Во-вторых, эти исследования позволяют проверить нашу модаль, согласно которой ЭСД атомов РЗМ не должна вызываться созданием дырки на уровне 2s кислорода, так как радиус атомов РЗМ несущественно превышает радиус положительных ионов [6,7]. Кроме того, атомы РЗМ обладают относительно низкими потенциалами ионизации, что исключительно важно для детектирования их потоков методом ПИ [10].

1. Экспериментальная техника Экспериментальная установка и методика измерений детально описаны ранее [11]. Измерения выполнены времяпролетным методом с помощью детектора на основе ПИ, использование которого позволило увеличить эффективность регистрации потока атомов РЗМ более чем в 10 раз по сравнению с обычным методом ионизации нейтральных частиц электронным ударом в газовой фазе. Эмиттером в детекторе поверхностной ионизации служила вольфрамовая лента, нагретая Рис. 1. Выход нейтральных частиц при ЭСД из слоя Sm, до T = 2000 K. В качестве подложки использовались адсорбированного на поверхности вольфрама, покрытого мотекстурированные вольфрамовые ленты с преимущенослоем кислорода, как функция энергии бомбардирующих ственным выходом на поверхность грани (100). После электронов при T = 300 K и степени покрытия самарием адсорбции РЗМ на поверхность чистого вольфрама ЭСД = 0.10 (a) и 0.70 (b).

атомов РЗМ не была обнаружена, т. е. поперечное сечение этого процесса было ниже 10-23 cm2 (по оценке на основе чувствительности установки для регистрации атомов РЗМ). Для выяснения влияния степени зависимости от энергии электронов имеет резонансный окисления вольфрама на выход атомов РЗМ при ЭСД характер. На рис. 1 показан выход нейтральных чаприменялись два режима окисления подложки: в первом стиц q из слоя самария, адсорбированного на поверхслучае на поверхности вольфрама создавался монослой ности вольфрама, покрытого монослоем кислорода, как кислорода (лента выдерживалась при давлении кислофункция энергии электронов Ee для степеней покрытия рода 10-6 Torr при T = 1600 K в течение 300 s), а Sm = 0.10 и 0.70 при T = 300 K. Порог появления во втором на поверхности выращивалась пленка окисла нейтральных частиц близок к 26 eV. Выше порога вытолщиной около пяти монослоев (давление кислорода ход резко увеличивается с ростом энергии электро 10-6 Torr, температура подложки T = 1100 K, время нов и достигает максимума при энергии электронов выдержки 600 s) [12]. Количество напыленного РЗМ Ee = 34 eV. Еще одна особенность наблюдается на выопределялось по времени напыления при постоянном сокоэнергетической стороне этого пика при Ee = 46 eV.

потоке и контролировалось методами Оже-электронной Таким образом, выход нейтральных частиц от Ee сои термодесорбционной спектроскопии [13]. Лента могла стоит из двух перекрывающихся пиков при Ee = охлаждаться в интервале температур от 160 до 300 K и 46 eV. Когда степень покрытия Sm возрастает, выход путем изменения скорости пропускания через полые увеличивается линейно с ростом для обоих пиков, токовводы газообразного азота, который предварительно обнаруженных при низких степенях покрытия, а затем охлаждался в медной трубке, погруженной в жидкий проходит через максимум без изменения формы пиков азот. Нагрев ленты выше T = 300 K осуществлялся пропри одинаковой степени покрытия. Интенсивность пусканием электрического тока. Давление остаточных пика при Ee = 46 eV ниже, чем интенсивность пика газов в установке было ниже 5 · 10-10 Torr.

при Ee = 34 eV во всем диапазоне покрытий, причем пик при Ee = 46 eV исчезает при степени покрытия Sm больше 0.15, а пик при Ee = 34 eV виден до = 0.2. Результаты (рис. 2).

Измерения выхода ЭСД нейтральных частиц при Однако если Sm адсорбирован на пленку окисла адсорбции РЗМ привели к весьма неожиданному ре- вольфрама, то зависимость выхода нейтральных частиц зультату. Оказалось, что выход нейтральных частиц в от степени покрытия имеет другой характер. Выход q Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Электронно-стимулированная десорбция атомов редкоземельных металлов последовательности осаждения ионов Ba+ и атомов РЗМ. Осаждение ионов Ba+ на окисленную подложку вольфрама с адсорбированным Eu смещает максимальный выход нейтральных частиц к меньшим степеням покрытия Eu, а осаждение ионов Ba+ до напыления атомов Eu практически не влияет на выход нейтральных частиц.

Еще более сильное воздействие оказывает осаждение ионов Ba+ после напыления Sm на выход нейтральных частиц с поверхности вольфрама, покрытого монослоем кислорода, после осаждения Sm. Плавное возрастание выхода с ростом покрытия Sm сменяется резким увеличением выхода после напыления ионов Ba+ при очень низких степенях покрытия Sm, как это имело место при напылении Sm на пленку окисла W, а также в случае Рис. 2. Выход нейтральных частиц при ЭСД из слоя Sm, напыления Eu. Этот эффект отсутствует, если ионы Ba+ адсорбированного на поверхности вольфрама, покрытого моосаждаются до напыления Sm.

нослоем кислорода, при T = 300 K для энергий электронов Дополнительные пики при Ee = 42, 54 и 84 eV обнаEe = 34 (1) и 46 eV (2) как функция степени покрытия самарием. ружены при ЭСД с окисленного вольфрама для обоих РЗМ, однако в случае Sm они проявляются при одной и той же степени покрытия = 0.20, их интенсивность увеличивается линейно с ростом и проходит через максимум при = 1.0 (рис. 4), а в случае Eu эти пики появляются при различных степенях покрытия, но проходят через максимум также при = 1.0 (рис. 3). Пики нейтральных частиц после адсорбции Sm при Ee = и 46 eV можно связать с возбуждением уровней Sm 5p и 5s, а пики нейтральных частиц после адсорбции Eu при Ee = 36 и 41 eV — с возбуждением уровней Eu 5p и 5s, в то время как пики при Ee = 42, 54 и 84 eV для обоих РЗМ коррелируют с возбуждением уровней вольфрама W 5p1/2, 5p3/2 и 5s [16]. Следует заметить, что интенсивность пиков, связанных с возбуждением остовных уровней Sm и Eu, уменьшается с увеличением Рис. 3. Выход нейтральных частиц при ЭСД из слоя Eu, адсорстепени окисления вольфрама, а интенсивность пиков, бированного на поверхности вольфрама, покрытого монослоем связанных с возбуждением остовных уровней вольфкислорода, при T = 300 K для энергий электронов Ee = 36 (1), 54 (2) и 84 eV(3) как функция степени покрытия европием. рама, практически не зависит от степени окисления подложки.

уменьшается с ростом, начиная с очень малых покрытий, при которых появляется измеримый ток нейтральных частиц (см. рис. 3 в работе [14]).

Выход нейтральных частиц q из слоя европия на окисленном вольфраме в зависимости от энергии электронов также имеет резонансный характер. Пики при малых наблюдается при Ee = 36 и 41 eV. При этом выход появляется резко при очень низких степенях покрытия Eu, а затем уменьшается почти линейно с ростом (рис. 3) [15], но в отличие от Sm зависимость выхода Eu от имеет вид спадающей кривой при любой степени окисления вольфрама, а концентрационный порог поддается измерению: = 0.03 (кривая 1 на Рис. 4. Выход нейтральных частиц при ЭСД из слоя Sm, рис. 3).

адсорбированного на поверхности вольфрама, покрытого моВесьма интересное влияние на выход нейтральных нослоем кислорода, при T = 300 K для энергий электронов частиц оказывает осаждение небольшого количества Ee = 42 (1), 54 (2) и 84 eV(3) как функция степени покрытия ( 0.03) медленных ионов Ba+, которое зависит от самарием.

12 Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. 948 В.Н. Агеев, Ю.А. Кузнецов, Н.Д. Потехина температурные зависимости выхода нейтральных частиц при Ee = 46 eV. Заметим, что при >0.10 зависимость q( ) спадающая (рис. 2).

На окисле вольфрама в пике Ee = 34 eV зависимость выхода нейтральных частиц от температуры аналогична приведенной на рис. 6 при любых покрытиях Sm, и зависимость q( ), как уже отмечалось, спадающая, начиная с самых малых.

Выход нейтральных частиц после адсорбции Eu независимо от степени окисления вольфрама при Ee = и 41 eV с ростом T также проходит через максимум, причем температура появления выхода увеличивается Рис. 5. Выход нейтральных частиц при ЭСД из слоя Sm, с ростом, а температура исчезновения выхода при адсорбированного на поверхности вольфрама, покрытого моадсорбции Eu в отличие от температуры исчезновения нослоем кислорода, как функция температуры подложки при выхода при адсорбции Sm не зависит от степени поэнергии электронов Ee = 34 eV и степенях покрытия самарием = 0.03 (1), 0.05 (2) и 0.07 (3). крытия.

Рис. 6. Выход нейтральных частиц при ЭСД из слоя Sm, адсорбированного на поверхности вольфрама, покрытого монослоем кислорода, как функция температуры подложки при энергии электронов Ee = 34 eV и степенях покрытия самарием = 0.12 (1), 0.15 (2), 0.17 (3) и 0.20 (4).

Рис. 7. Выход нейтральных частиц при ЭСД из слоя Sm, адсорбированного на поверхности вольфрама, покрытого монослоем кислорода, как функция температуры подложки при энергии электронов Ee = 42 eV и степенях покрытия самарием Выход нейтральных частиц является сложной функци = 0.40 (1), 0.50 (2), 0.70 (3), 0.90 (4) и 1.0 (5).

ей степени покрытия РЗМ поверхности и температуры подложки. На рис. 5 представлены графики зависимости выхода нейтральных частиц при ЭСД из слоя Sm, адсорбированного на поверхности вольфрама, покрытого монослоем кислорода, от температуры подложки для степеней покрытия Sm меньше 0.10 и энергии электронов Ee = 34 eV. Выход слабо уменьшается с ростом T в интервале 160-280 K, а затем резко падает до нуля при T 350 K. При этом до <0.10 выход плавно увеличи= вается с ростом покрытия (рис. 2). При >0.10 форма зависимости выхода нейтральных частиц от температуры изменяется. На рис. 6 приведены соответствующие графики при >0.10 и энергии электронов Ee = 34 eV.

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.