WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 7 11;12 Проявление незаполненных электронных состояний в спектрах полного тока серебра © В.А. Новолодский, О.М. Артамонов, С.А. Комолов Санкт-Петербургский государственный университет, Научно-исследовательский институт физики, 198904 Санкт-Петербург, Россия (Поступило в Редакцию 27 апреля 1998 г.

Проводится совместный анализ низкоэнергетических спектров полного тока (СПТ) и вторичной электронной эмиссии (ВЭС) на начальной стадии формирования серебряного покрытия на поверхности W(110).

Показана связь особенностей, наблюдаемых в спектрах, с энергетической структурой плотности вакантных состояний, расположенных выше уровня вакуума. Динамика изменения особенностей в СПТ с увеличением толщины пленки свидетельствует, что на начальном этапе серебряное покрытие характеризуется ориентацией Ag(111), а по мере увеличения толщины преобладающей становится ориентация Ag(110).

Введение вольфрамовой подложки готовилась стандартным способом — окислением с последующим прогревом. Образец В работе исследовались электронные спектры поверхсеребра очищался прогревом в вакууме в течение нености серебра. Использовались два метода электронскольких часов до перекристаллизации поверхности.

ной спектроскопии, в которых энергетическая структура твердого тела исследуется в одном и том же диапаЭкспериментальные результаты зоне энергий электронов. Первый — метод вторичной электронной спектроскопии (ВЭС), при котором изучаСпектры вторичной эмиссии электронов в области лись спектры истинно вторичной эмиссии электронов каскадного максимума изучались при энергиях первичв области каскадного максимума, в диапазоне энергий ных электронов Ep от 10 до 400 eV. Начиная с энергий от 0 до 30 eV [1]. При записи спектра ВЭС энергия Ep = 25 eV и выше (отсчет энергии от уровня Ферми) и ток первичных электронов поддерживаются постоянспектры имели принципиально одинаковый вид, показанными. Эмиссия вторичных электронов регистрировалась ный на рис. 1 (кривая 3). На этой кривой наблюдаются в узком телесном угле с помощью полусферического два максимума, один из них каскадный, регистрируемый энергоанализатора. Данная методика ВЭС подробно опипри энергии 7.5 eV, другой — эмиссионный A, который сана в работах [2,3]. Спектры эмиссии представлены в регистрируется при E = 17.6 eV и является характерной виде N(E).

чертой спектра эмиссии серебра. Эта особенность появиДругой метод — спектроскопия полного тока лась в спектре эмиссии лишь при энергиях первичных (СПТ) [4,5], в этом случае записывается ток электроэлектронов выше Ep = 25 eV. С дальнейшим ростом нов, проходящих в цепи образца, при облучении его Ep амплитуда этого пика растет пропорционально росту поверхности неизменным по величине током первичных амплитуды каскадного максимума. При малых толщиэлектронов, энергия которых равномерно изменяется от нах пленки (0.8-2 монослоя) серебра на поверхности 0 до 30 eV. СПТ идентичен спектру отражения электровольфрама этот максимум расположен на 16.3-16.5eV, нов в обратную полусферу при условии неизменности при увеличении толщины пленки от 2 до 6 монослоев первичного тока и полного сбора всех выходящих из он смещается в сторону больших энергий до 17.6 eV твердого тела электронов, т. е.

и при дальнейшем росте пленки не изменяет своего энергетического положения.

ITCS(E) =-Irefl(E).

Спектры полного тока поверхности пленки и полиДостоинством СПТ служит простота эксперименталь- кристалла серебра оказались идентичными между собой ного обеспечения по сравнению с оборудованием для при толщинах пленки больше 6 монослоев. Этот спектр записи спектров отражения. Спектры полного тока пред- показан на рис. 1 (кривая 2). При энергии первичных ставлены в виде производной dI(E)/dE от тока, прохо- электронов 4.5 eV относительно уровня Ферми наблюдящего в цепи образца. дался характерный для этого вида спектров первичный В работе анализировались пленки серебра на моно- максимум. Он связан с энергетическим порогом входа кристаллическом вольфраме W(110) и поликристаллы электронов в твердое тело и соответствует уровню васеребра. Анализ поверхности осуществлялся в вакууме куума для серебра. Величина 4.5 eV является работой P = 6·10-8 Pa. Пленки серебра осаждались in situ путем выхода электронов из поверхности серебра.

термического испарения. Методом СПТ исследовались С увеличением энергии первичных электронов в СПТ как пленки, так и поликристалл серебра. Поверхность появляются другие особенности, характерные для сере7 100 В.А. Новолодский, О.М. Артамонов, С.А. Комолов Рис. 1. Спектры серебра: 1 — плотность энергетических состояний электронов, 2 — спектр полного тока, 3 — спектр эмиссии вторичных электронов.

бра, при энергиях 7.2, 9.7, 17.3, 23 eV, обозначенные на если энергия этих состояний выше уровня вакуума. Макрис. 1 (кривая 2) буквами B, C, A, D соответственно. симуму плотности вакантных состояний соответствует При малых толщинах пленки (0.5-2 монослоя) се- максимум эмиссии в спектре ВЭС. На рис. 1 (кривая 1) ребра амплитуды особенностей B, C, D малы. В спектре группа пиков плотности состояний 16.3-17.7 eV хорошо полного тока тонкой пленки преобладает максимум A, соответствует пику эмиссии A на ВЭС (рис. 1, кривая 3).

смещенный влево на 1 eV относительно его положения Упомянутый выше сдвиг эмиссионного максимума с 16.на рис. 1 (кривая 2).

до 17.6 eV при увеличении толщины пленки серебра, повидимому, связан с изменением кристаллической ориентации поверхности в тонкой и толстой пленках серебра Обсуждение результатов на вольфраме W(110). Известно [10], что тонкие пленки серебра имеют ориентацию Ag(111), а толстые станоНа рис. 1 (кривая 1) показана расчетная интегральная вятся поликристаллическими. Положение максимума A плотность энергетических состояний электронов для в ВЭС тонкой пленки совпадает со значением максимусеребра [6]. Амплитуда свободных состояний увеличена ма плотности состояний 16.3 eV, который характеризует в 4 раза по сравнению с заполненными. Стрелками грань Ag(111). Сдвиг максимума A до 17.6 eV при снизу на графике отмечены пики плотности состояний, утолщении пленки совпадает со значением максимума соответствующие разным направлениям дисперсионной 17.7 eV в плотности состояний на рис. 1 (кривая 1), зависимости энергии электронов. Так, особенности, откоторый соответствует грани Ag(110).

меченные X, характеризуют направления -X, перпенСовпадение энергетического положения пика A на дикулярные грани Ag(110), а отмеченные L —напраграфиках СПТ и ВЭС требует пояснения. Эмиссионный вления, перпендикулярные грани Ag(111). Цифры в максимум A на ВЭС свидетельствует об эмиссии элекскобках при X и L соответствуют различным ветвям тронов с энергией 17.6 eV из серебра, а в СПТ максимум одного направления на дисперсионной зависмости.

A говорит о поглощении пленкой серебра первичных Природа эмиссионных максимумов в спектрах ВЭС электронов с такой энергией. Оба этих максимума соизучена достаточно хорошо [7–9]. Так, максимум A в впадают с экстремумом плотности вакантных состояний спектре ВЭС серебра можно объяснить существованиэлектронов в серебре, т. е. за выход электронов и поглоем максимума незаполненных энергетических состояний щение их с одной и той же энергией в пленке серебра электронов выше уровня вакуума при энергии 17.6 eV.

ответствен один и тот же пик плотности состояний.

Первичные электроны, обладающие достаточной энергиПротиворечия здесь нет, так как в спектрах эмиссии ей Ep для ионизации заполненных валентных состояний, максимум A появляется лишь начиная с некоторого расположенных ниже уровня Ферми (рис. 1, кривая 1), возбуждают электроны из этих состояний. Эти вторич- значения энергии первичных электронов Ep, большего ные электроны занимают вакантные состояния, нахо- энергии эмиссионного максимума 17.6 eV. Поведение дящиеся между возбужденным состоянием и уровнем спектров эмиссии при уменьшении энергии первичных Ep. Они могут выходить в вакуум из этих состояний, электронов от 33.5 до 21.5 eV показано на рис. 2. ГраЖурнал технической физики, 1999, том 69, вып. Проявление незаполненных электронных состояний в спектрах полного тока серебра Рис. 2. Спектры вторичной эмиссии электронов с вычтенным каскадным максимумом: Ep = 33.5 (1), 31.5 (2), 29.5 (3), 27.5 (4), 25.5 (5), 23.5 (6), 21.5 (7).

фики спектров эмиссии приведены с вычтенным фоном (кривая 5 на рис. 2) ВЭС не содержит эмиссионного каскадного максимума. Показано уменьшение эмиссион- пика A, при том что пики характеристических потерь ного максимума A при уменьшении Ep. При энергии еще видны. При достижении Ep = 17.6eV должно быть Ep = 21.5eV (кривая 7 на рис. 2) максимума в спектре качественное изменение спектра эмиссии из-за того, что эмиссии практически не наблюдается. При уменьшении при этой энергии происходит уменьшение коэффициента энергии Ep, начиная с энергии Ep = 27.5eV (кривая 4 упруго-отраженных электронов. Именно это наблюдана рис. 2), ослабленный максимум A перекрывается ется на спектре полного тока (рис. 1, кривая 2) при левым крылом группы пиков характеристических потерь значении энергии электронов, равном 17.3 eV. В СПТ энергии электронов. Эта группа состоит из максимумов наблюдается максимум A, который свидетельствует об потерь энергии, которую отдают первичные электроны увеличении поглощения электронов с этой энергией. Пона возбуждение различных плазменных колебаний, ха- видимому, при Ep = 17.5 eV происходит ”захват” перрактерных для серебра. Известно [11], что эта груп- вичных электронов на вакантные энергетические состопа состоит из интенсивных пиков с максимумами 3.6, яния серебра и наблюдается уменьшение коэффициента 3.8, 7.5-8 eV. В отличие от эмиссионных максимумов, упругого отражения.

которые постоянны по своему энергетическому место- Спектры полного тока записываются как производная положению во всех спектрах эмиссии данного мате- от величины тока dI(E)/dE, проходящего через образец.

риала, характеристические потери строго отслеживают Поэтому максимуму в СПТ должен соответствовать не постоянство своего местоположения относительно пика максимум плотности, а максимальная крутизна подъема упруго-отраженных электронов. Так, для спектров эмис- плотности вакантных состояний, что и наблюдается в сии серебра на рис. 2 правая граница по энергии для эксперименте (рис. 1, кривые 1 и 2). Этому соответполосы потерь отстоит на 3.2, а левая — на 7-8eV от ствует смещение пика A на СПТ влево на 0.3 eV по пика упруго отраженных электронов. При уменьшении отношению к пику A на ВЭС.

энергии Ep эта группа потерь перемещается вместе В СПТ тонких пленок серебра смещение пика A в с упруго отраженным пиком, что показано на рис. положение 16.5 eV, о чем упоминалось выше, совпадает пунктирной дуговой линией P. со сдвигом пика A в ВЭС и также свидетельствует о Энергетическое положение эмиссионного максимума преимущественной кристаллической ориентации тонких A на рис. 2 остается без изменения. Его амплитуда пленок Ag(111).

уменьшается с уменьшением Ep. Изменяющаяся та- В спектрах ПТ толстых пленок и поликристалла ким образом амплитуда максимума A показывает, что серебра присутствуют максимумы B, C и D (рис. 1, с уменьшением Ep уменьшается и вероятность иониза- кривая 2). Этим экстремумам спектра хорошо соотции заполненных валентных состояний и соответственно ветствуют особенности в плотности состояний (рис. 1, вероятность заполнения возбужденными электронами кривая 1). Все эти особенности (рис. 1, кривая 1), вакантных осостояний, что приводит к уменьшению которые соответствуют пикам B, C, D, характерны для эмиссии. Из рис. 2 следует, что уже при Ep = 25.5eV грани Ag(110). Максимумы B, C, D присутствуют только Журнал технической физики, 1999, том 69, вып. 102 В.А. Новолодский, О.М. Артамонов, С.А. Комолов в СПТ; им есть соответствие в спектре плотности состояний, но нет соответствия в ВЭС. Более богатая по сравнению с ВЭС структура спектров ПТ в области от 0 до 30 eV связана с отстутствием в этом методе регистрации ”каскадного” максимума. В частности, интенсивный максимум B совпадает по энергии с положением ”каскадного” максимума, закрывается им и поэтому не регистрируется в спектрах эмиссии. Особенности C и D малы и наблюдаются в ВЭС лишь на уровне шумов, в то время как на спектрах ПТ они уже заметны.

Заключение Совместное использование методов низкоэнергетической вторично-электронной спектроскопии (ВЭС и СПТ) позволило идентифицировать основные особенности плотности вакантных электронных состояний, расположенных в диапазоне 0–20 eV выше уровня вакуума, на начальной стадии формирования тонких пленок серебра.

Определено энергетическое положение экспериментальных точек в энергетической зависимости плотности незаполненных состояний, находящееся в соответствии с данными теоретических расчетов.

Поведение основных особенностей в СПТ подтверждает, что тонкие пленки серебра на поверхности вольфрама W(110) характеризуются ориентацией Ag(111), а в толстых пленках преобладает ориентация Ag(110).

Список литературы [1] Бронштейн И.М., Фрайман Б.С. Вторичная электронная эмиссия. М.: Наука, 1969. 386 с.

[2] Кремков М.В. Корпускулярная низкоэнергетическая диагностика поверхности твердого тела. Ташкент: Фан, 1986.

163 с.

[3] Артамонов О.М., Смирнов О.М., Терехов А.Н. // Изв.

АН СССР. Сер. физ. 1982. Т. 46. № 7. С. 1383–1388.

[4] Комолов С.А. Интегральные методы вторичноэлектронной спектроскопии. Л.: ЛГУ, 1986. 180 с.

[5] Komolov S.A. Total Current Spectroscopy of Surfaces.

Phyladelphia: Gordon and Breach, 1992. P. 257.

[6] Lasser R., Smith N.V., Benbow R.L. // Phys. Rev. B. 1981.

Vol. 21. N 4. P. 1895–1909.

[7] Артамонов О.М., Терехов А.Н. // ФТТ. 1986. Т. 28. Вып. 3.

С. 862–866.

[8] Chiarello G., Agostino R.G., Amoddeo A. et al. // J. Electr.

Spectr. Rel. Phen. 1994. Vol. 70. P. 75–81.

[9] Komolov S.A., Gerasimova N.B., Morozov A.O. et al. // Phys.

Low-Dim. Struct. 1997. Vol. 10. P. 35–40.

[10] Bauer E., Poppa H., Todd G. et al. // J. Appl. Phys. 1977.

Vol. 48. N 9. P. 3773–3787.

[11] Kunz C. // Optical Properties of Solids. New developments / Ed. B.O. Seraphin. Amsterdam; Oxford: North Holland Publ.

Co; New York: Am. Elsevier Publ. Co. Inc, 1976. P. 499.




© 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.