1 СПЕКТРОСКОПИЯ РАССЕЯНИЯ МЕДЛЕННЫХ ИОНОВ СПЕКТРОСКОПИЯ РАССЕЯНИЯ МЕДЛЕННЫХ ИОНОВ В.И. Троян, М.А. Пушкин, В.Д. Борман, В.Н. Тронин презентация к лекциям по курсу «Физические методы исследования поверхности и наноструктур»

2 Лекция 1 Спектроскопия рассеяния медленных ионов. Классификация методов рассеяния ионов: - СРМИ (LEIS), Е=0,1 – 10 кэВ; - СРСИ (MEIS) - СРБИ (HEIS), Е=0,01 – 2 МэВ; - ОРР (RBS), Е > 2 МэВ Получаемая информация: 1) Элементный состав поверхности образца (положение линий); 2) Относительная концентрация поверхностных атомов (интенсивность линий); 3) Структура поверхностной решетки (угловые зависимости); 4) Химическое состояние поверхностных атомов (тонкая структура, иногда). Особенности метода СРМИ: Глубина зондирования один-два атомных слоя поверхности, вследствие: 1) ослабления интенсивности ионного пучка по мере его проникновения вглубь образца вследствие большого сечения рассеяния; 2) увеличения вероятности нейтрализации ионов, рассеянных на глубоких поверхностных слоях. Историческая справка. Первое применение РМИ для исследования поверхности (1967).

3 Лекция 1 СРМИ. Кинематический фактор. знак «+» при рассеянии на тяжелом атоме, знак «-» при рассеянии на легком атоме Учет неупругих потерь энергии – фактор Q:

4 Лекция 1 СРМИ. Ширина линий. Ширина пиков рассеяния определяется: - степенью немонохроматичности ионного пучка; - расходимостью первичного пучка; - углом сбора рассеянных ионов и разрешающей способностью энергоанализатора; - кинетической энергией рассеянных ионов. Разрешающая способность по массе: 1) мало для малых углов рассеяния, при при 2) возрастает при уменьшении. 3) С уменьшением сокращается область возможных углов рассеяния. При, т.е. рассеяние на этот угол невозможно на атомах, масса которых меньше массы рассеивающегося иона. Таким образом, оказывается невозможным одновременно достичь максимальной интенсивности и наибольшего диапазона регистрируемых элементов.

5 1.Кулоновский потенциал: 2.Боровский экранированный потенциал: 3.Потенциал с экранировкой Томаса-Ферми: 4.Потенциал Борна-Майера: Лекция 2 СРМИ. Интенсивность спектральных линий. Сечение рассеяния. Сечение рассеяния определяется потенциалом взаимодействия иона и атома-рассеивателя

6 Лекция 2 СРМИ. Эффект нейтрализации ионов. а) Резонансная нейтрализация б) Квази-резонансная нейтрализация в) Оже-нейтрализация. Время нейтрализации Скорость нейтрализации Вероятность «выживания» иона при проникновении иона в глубь поверхностных атомных слоев образца вероятность нейтрализации существенно возрастает, и рассеявшиеся частицы не дают вклада в измеряемый спектр. Этот эффект объясняет чувствительность СРМИ к первому атомному слою поверхности.

7 Лекция 2 Структурные эффекты в СРМИ. Эффект затенения. Конус затенения. Угловые зависимости интенсивности рассеянных ионов => взаимное расположение атомов в поверхностном слое. Зависимость I от угла скольжения Зависимость I от азимутального угла

8 Лекция 3 Эффект многократного рассеяния «Петля» рассеяния – рассеяние на цепочке атомов

9 Лекция 3 Применение метода СРМИ для определения степени покрытия поверхности островковый рост (механизм Фолмера–Вебера) послойно-островковый рост (механизм Франка – Ван– дер–Мерве) послойный рост (механизм Странского–Крастанова TiO 2 (110)

10 Лекция 3 Исследование релаксации поверхности Ag(111) при нагреве методом СРСИ (MEIS) Эффект Блокировки: Релаксация поверхностного атомного слоя приводит к изменению угла рассеяния, отвечающего блокировке. Угловые спектры рассеяния ионов H+ с энергией 97.5 кэВ на поверхности Ag(111) при температурах Т=420, 820 и 1150 К, демонстрирующие сдвиг угла блокировки (б); Температурная зависимость изменения межплоскостного расстояния относительно объемного значения для трех атомных слоев поверхности Ag(111) (P. Statiris, H.C. Lu, T. Gustafsson // Phys. Rev. Lett. 72 (1994) p.3574).

11 Лекция 3 Аппаратура СРМИ Источник ионов Не +, Ne +, I~1 мкА, E~ 0.2 – 2.0 кэВ, разброс по энергии ионов в пучке 5÷10 эВ, расходимость ~ одного градуса. Важность отсутствия изотопов Сравнение возможностей методов СРМИ и СРБИ