WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 1997, том 39, № 8 Спектры аномальной электронной эмиссии и поляризационные явления в монокристалле магнониобата свинца © А.В. Никольский, А.Т. Козаков Научно-исследовательский институт физики при Ростовском-на-Дону государственном университете, 344702 Ростов-на-Дону, Россия (Поступила в Редакцию 28 января 1997 г.) Экспериментально исследованы временные зависимости интенсивности и энергетического положения деталей тонкой структуры спектров аномальной электронной эмиссии (АЭЭ), возбужденной из поляризованного монокристалла магнониобата свинца (PMN) мягким рентгеновским излучением. Показано, что из полученных зависимостей можно определить время релаксации электретного заряда, а из формы спектра АЭЭ — распределение потенциала по глубине поверхностного слоя образца. Оценки величины полей в поверхностных слоях поляризованного монокристалла PMN, полученные из характеристик спектров АЭЭ, совпадают по величине с данными электрофизических методов исследования.

Спектроскопия медленных (0-20 eV) электронов, воз- связанные с нею изменения формы и энергетического бужденных мягким рентгеновским излучением (рент- положения спектров АЭЭ [5].

геноэлектронная эмиссия медленных электронов — Целью настоящей работы явилось получение вре РЭЭМЭ [1–4]), позволяет исследовать многие, в том менных зависимостей параметров спектров АЭЭ, а также числе электрофизические, свойства поверхностных сло- определение на их основе численных значений некотоев твердых тел. Дополнительная эмиссия, обнаруженная рых характеристик электретного состояния (например, при съемке спектров РЭЭМЭ с поверхности поляризо- электретного потенциала s и характерного времени ванного магнониобата свинца [5], была названа авторами его релаксации).

аномальной, поскольку причины ее появления и свойства отличаются от ”нормальной” фотоэлектронной эмиссии.

1. Методика измерений Согласно модели аномальной электронной эмиссии [5], причиной появления дополнительной (к спектОбразцы монокристаллов магнониобата свинца рам РЭЭМЭ) энергетической структуры (аномальной PbMg1/3Nb2/3O3 (PMN) вырезались из були, электронной эмиссии — АЭЭ) является присутствие выращенной методом Чохральского параллельно ускоряющего рельефа потенциала в поверхностном слое оси (001). Поверхность кристаллов PMN размером образца. Поскольку магнониобат свинца является сег10 10 1 mm полировалась до оптического качества.

нетоэлектриком (СЭ), появление этого рельефа потенПоляризация образцов производилась методом циала связывается с откликом СЭ на заряд, инжектинакладных электродов с приложением постоянного рованный в образец при создании в нем электретного электрического поля 106 V/m в течение 200-300 s состояния.

в воздушной атмосфере при комнатной температуре Качественное согласие экспериментальных результа( 290 K) и нормальном давлении. Электрический тов с выводами теоретической модели [5] позволило потенциал s измерялся с помощью виброзонда поставить вопрос о возможности исследования электретметодом компенсирующего поля [6].

ного состояния в СЭ методом спектроскопии РЭЭМЭ и Фотоэлектронные исследования свободных поверхнополучении количественных характеристик этого состоястей как исходного, так и поляризованного монокристалния из спектров АЭЭ.

лов PMN проводились на рентгеноэлектронном спекОбычно [6] информацию об электретном состоянии трометре РФЭС-1 [7]. Поверхностный состав исходных получают из температурно-временных и температурно образцов после отжига определялся методом РФЭС и, частотных зависимостей различных электрических и как и в [8], был близок к стехиометрическому. Анализ электрооптических величин, характеризующих диэлекповерхностного состава поляризованных образцов метотрик. В процессе измерения в ряде случаев (например, дом РФЭС не проводился с целью уменьшения влияния в методе термостимулированной деполяризации) происприбора на электретное состояние образцов. После проходит разрушение поляризованного состояния.

ведения поляризации монокристалл PMN помещался в В рассматриваемом в настоящей работе методе спек- металлический держатель и вводился в вакуумный объем троскопии РЭЭМЭ исследуемый образец подвергается спектрометра. Поскольку держатель образца и входная воздействию как рентгеновского излучения, идущего в щель анализатора были заземлены, электрическое поле глубь образца (до 10 µm), так и индуцированного им на поверхности образца определялось только его элекпотока быстрых и медленных электронов, идущих к по- третным зарядом. В течение 3-5 h проводился цикл верхности образца [1–4]. В результате этого происходят из 6-15 одиночных измерений (съемка спектра АЭЭ дополнительная релаксация электретного состояния и занимает 15-25 min), по окончании которого образец Спектры аномальной электронной эмиссии и поляризационные явления в монокристалле... извлекался из вакуумного объема и находился в держателе на воздухе до начала следующего цикла измерений.

Такие циклы измерений проводились (с перерывами) в течение 20 дней после поляризации. Данные измерений в различных сериях исследований согласовывались друг с другом. Результаты одной из серий исследований представлены далее.

Спектры аномальной эмиссии совместно со спектрами РЭЭМЭ снимались в диапазоне кинетических энергий электронов 0-300 eV в режиме работы анализатора с постоянным относительным разрешением E/E [9].

Сканирование по спектру в этом случае осуществляется изменением потенциалов сферических электродов анализатора при заземленных держателе образца и входной щели.

2. Экспериментальные результаты и их обсуждение Как и в [5], аномальная эмиссия происходила только с отрицательной поверхности поляризованного образца PMN. АЭЭ полностью отсутствует как с положительной поверхности поляризованного образца, так и с поверхностей исходного монокристалла. На рис. 1 представлены экспериментальные спектры АЭЭ с отрицательной поверхности монокристалла PMN, полученные в течение первой недели после его поляризации. СпекРис. 1. Экспериментальные спектры АЭЭ с отрицательной тры представлены в необработанном виде для демонповерхности PMN, полученные для различных интервалов врестрации достаточной яркости эффекта и возможности мени, прошедшего после поляризации образца. t (h): 1 — 24, исследования деталей спектров. Тонкая структура спек2 — 40, 3 — 60, 4 — 160.

тров АЭЭ хорошо воспроизводится при последующих съемках с учетом изменений, вызываемых воздействием излучения (см. далее). Спектры приведены в едином численно равная площади под эмиссионной кривой I(E).

энергетическом масштабе и совмещены по переднему краю АЭЭ. Видно (кривая 4 на рис. 1), что в тече- На рис. 2 в логарифмическом масштабе приведены вре ние первых десятков часов после поляризации спектры менные зависимости обоих параметров спектров АЭЭ.

АЭЭ претерпевают существенные изменения. Помимо Обе зависимости достаточно хорошо аппроксимируются уменьшения энергетического положения начала спек- прямыми линиями, параллельными друг другу. Линейная тров АЭЭ (с 220 до 130 eV) и их протяженности по зависимость ln E и ln I от времени может означать основанию (со 100 до 70 eV) происходит и радикаль- экспоненциальную (показательную) зависимость самих ная перестройка интенсивности внутри самих спектров. величин Emin и I от времени. Довольно большой разброс Распределение интенсивности в более поздних спектрах экспериментальных значений параметров спектров АЭЭ характеризуется увеличением доли низкоэнергетической (особенно токовых) относительно аппроксимационных части за счет уменьшения доли высокоэнергетической. кривых может быть связан как с недостаточной отраВ конце первой недели после поляризации спектр АЭЭ ботанностью методов получения и обработки спектров, (рис. 1) приобретает почти симметричный вид. Ширина так и с отражением реальной нестабильности состояния по основанию ( 70 eV) и интегральная интенсивность объекта в условиях внешних воздействий.

его в 1.5 меньше соответствующих параметров в Для выяснения характера влияния облучения на элек= начале измерений. В дальнейшем изменения спектров третное состояние образцов исследовалась динамика АЭЭ носили менее радикальный характер, и их форма спектров АЭЭ в течение 3-5 h воздействия рентгеновоставалась подобной форме спектра 4 на рис. 1: проис- ского излучения. В условиях низкой проводимости образходит дальнейшее уменьшение протяженности спектров цов (для PMN 1012 · m) и интенсивной электрони их интегральной и пиковой интенсивности. ной эмиссии под воздействием излучения возникает так В качестве исследуемых параметров спектров АЭЭ называемый эффект ”зарядки” [9], который проявляется принимались: 1) энергетическое положение начала спек- в общем сдвиге фотоэлектронного спектра в сторону тра АЭЭ Emin; 2) его интегральная интенсивность I, меньших или больших кинетических энергий в зависи Физика твердого тела, 1997, том 39, № 1448 А.В. Никольский, А.Т. Козаков теристики спектров АЭЭ изменяются быстрее, нежели в дальнейшем.

Анализ динамики формы спектров АЭЭ и их энергетических и токовых параметров с течением времени позволяет выделить две временные области. В течение первых трех суток после поляризации образца спектры АЭЭ характеризуются большой энергетической протяженностью, высокой пиковой интенсивностью и богатой энергетической структурой (кривые 1–3 на рис. 1). В это время воздействие излучения на образец приводит к небольшим изменениям в интенсивности низкоэнергетической части спектра (рис. 3) с очень незначительными (10-15%) изменениями интегральной интенсивности спектра. С течением времени, прошедшего с момента поляризации, воздействие излучения становится все более заметным, что выражается в более быстром уменьшении тока эмиссии в процессе измерения. К концу первой недели после поляризации спектры АЭЭ приобретают почти симметричный вид (кривая 4 на рис. 1), который Рис. 2. Зависимость параметров спектра АЭЭ от времени, в основных чертах сохраняется в дальнейшем. С этого прошедшего после поляризации. 1 — энергетическое положемомента характер зависимости энергетических (Emin) и ние спектра Emin, 2 — интегральная интенсивность I.

токовых (I) параметров от времени воздействия излучения на образец становится более гладким. Но величина изменения интегральной интенсивности за время цикла измерения достигает 40-50% от первоначального значемости от знака зарядки. В нашем случае эффект зарядки ния I.

также имел место, и сдвиг спектров соответствовал положительной зарядке образцов. Характер изменения Рассмотрим электрические условия, в которых находится образец при съемке спектров АЭЭ. Геометрия формы и положения спектров АЭЭ в течение процесса входной системы экспериментальной установки (спекоблучения образца иллюстрирует рис. 3, на котором приведены спектры, полученные в одном из циклов изме- трометра) [1] и энергетическая диаграмма для электронов внутри и вне объема поляризованного образца [5,10] рений. В отличие от рис. 1 здесь спектры совмещены по приведены на рис. 5. Диаграммы представлены для слувысокоэнергетическому склону. Видно, что воздействие чаев заземленных входной щели и держателя образца при излучения приводит к сдвигу спектров АЭЭ в область исследовании отрицательной поверхности СЭ-электрета.

меньших кинетических энергий и к существенным измеИз этого рисунка видно,что электрические условия при нениям в низкоэнергетической части спектров. При этом происходит некоторое уменьшение как пиковой, так и интегральной интенсивности спектров. Временные зави симости энергетического положения (ln Emin) спектров АЭЭ для нескольких измерительных циклов приведены на рис. 4, a. Экспериментальные точки хорошо ложатся на ряд параллельных прямых, что, возможно, свидетельствует об экспоненциальной зависимости величины Emin от времени воздействия излучения. Аналогичный вид имеют временные зависимости интенсивности спектров АЭЭ, приведенные на рис. 4, b. ”Выбросы” экспериментальных точек (разрывы в аппроксимационных кривых) связаны с электрическими пробоями в цепи образца, что проявляется в скачкообразном сдвиге спектров АЭЭ в сторону больших кинетических энергий без изменения их формы и интенсивности. После пробоя изменения энергетических и токовых параметров спектров происходят по тем же законам, что и до него. Большинство зависимостей (кривые 2–5 на рис. 4) имеет излом, связанный с изменением скорости уменьшения величины Рис. 3. Динамика спектров АЭЭ под действием рентгеEmin и I с течением времени. Из этого рисунка видно, новского излучения при различных временах воздействия.

что в первые 10-15 min после начала облучения харак- 1 — исходный спектр, 2 — 100 min, 3 — 310 min.

Физика твердого тела, 1997, том 39, № Спектры аномальной электронной эмиссии и поляризационные явления в монокристалле... Рис. 4. Зависимость энергетического положения Emin (a) и интегральной интенсивности I (b) спектров АЭЭ от времени воздействия излучения, полученных для разных интервалов времени после поляризации. t (h): 1 — 24, 2 — 40, 3 — 60, 4 — 160.

съемке спектров АЭЭ принципиально не отличаются от сационного процесса изменения во времени описываусловий измерения электретной разности потенциалов с ется уравнением помощью виброзонда [11]. При заземленном держателе = 0 exp(-t/ ), (1) (первый электрод) и величине вакуумного промежутка d1 = 10-5 m потенциал положительной поверхности + где = 0 exp(W/kT ) — время релаксации, а W — электрета 0 0. Потенциал 0 свободной отрица= тельной поверхности электрета при d2 L и 104 энергия активации процесса. Поскольку энергетический = параметр Emin спектра АЭЭ соответствует электретному определяется выражением [11] 0 = 0-/L и совпапотенциалу 0 поверхности PMN (рис. 5), исследование дает по величине с электретной разностью потенциалов изменений Emin во времени в изотермических условиях s, определяемой в методе компенсирующего поля. Тогда может дать информацию о времени релаксации. Пред(согласно рис. 5 и модели АЭЭ [5]) энергетическое полагая закон изменения Emin аналогичным (1), из наших положение Emin начала спектра АЭЭ должно соответ данных (рис. 2) получаем 5 · 105 s. Полученное = ствовать величине потенциала s, измеряемого в методе значение находится в хорошем согласии с результатакомпенсирующего поля, а энергетическое положение ми измерений времени релаксации короноэлектретов Emax заднего фронта спектра АЭЭ — величине потенмонокристаллов PMN электрофизическими методами [8] циала max, характеризующего поле E в поверхностной области кристалла. Согласно [5], появление такого распределения потенциала связано с особенностями экранирования в СЭ ”внешнего” электрического поля E0(z), создаваемого инжектированным электронным зарядом, локализованным на глубоких примесных состояниях.

Pages:     || 2 |



© 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.