metode şi tehnici de studiu a suprafeţelornewton.phys.uaic.ro/data/pdf/c7.pdf · nitrurarea...
TRANSCRIPT
Metode şi tehnici de studiu a suprafeţelor
curs opţional
C7
Spectroscopia Low Energy Ion Scattering - LEISS
Analiza cualitativa sau semi-cantitativa a compoyitiei suprafetei.
Probleme cu cuantificarea; se pot afla direct doar informatii despre concentratia atomica relativa in stratul atomic ultim al suprafetei (uppermost/outermost layer).
Spectroscopia Low Energy Ion Scattering - LEISS
E1 – energia ionilor imprastiati;
E0 – energia ionului incident;
M1 – masa ionului incident;
M2 – masa atomului imprastietor;
θL- unghiul de împrastiere
Fascicol incident: 3 keV 3He+ unghi de detectie = 1350
Analiza cualitativa sau semi-cantitativa a compoyitiei suprafetei.
Probleme cu cuantificarea; se pot afla direct doar informatii despre concentratia atomica relativa in stratul atomic ultim al suprafetei (uppermost/outermost layer).
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy
In cazul unghiurilor de imprastiere θL = 900 si θL = 1800 (backward scattering), ecuatia anterioara devine si mai simpla:
Performanta optima in privinta discriminarii masei este atinsa in cazul in care:
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy
In cazul unghiurilor de imprastiere θL = 900 si θL = 1800 (backward scattering), ecuatia anterioara devine si mai simpla:
Performanta optima in privinta discriminarii masei este atinsa in cazul in care:
Datorita probabilitatii foarte ridicate de neutralizare a ionilor incidenti prin impact cu atomii suprafetei, prin LEISS se obtin informatii despre natura ionilor doar din ultimul strat atomic al suprafetei.
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy
In cazul unghiurilor de imprastiere θL = 900 si θL = 1800 (backward scattering), ecuatia anterioara devine si mai simpla:
Intensitatea curentului ionic detectat, I, se exprimă în funcţie de numărul atomilor de o anumită specie, Nk, prin relaţia:
I = K Ip Nk S Pi W unde: S - sectiunea eficace de împrăştiere (= probabilitatea ca un ion incident să
fie împrăştiat înspre detector, după ciocnirea cu un atom de specia k), Ip – curentul din fascicolul incident, Pi – probabilitatea ca un ion să rămână ne-neutralizat în urma ciocnirii, iar W – unghiul solid de intrare al detectorului. Ecuatia de mai sus este folosită arareori pentru analiza cantitativă, deoarece
parametrul Pi este arareori cunoscut.
Este necesară calibrarea instalatiei LEISS folosind probe etalon. Cel mai frecvent, LEISS se asociaza cu tehnici complementare.
Low Energy Ion Scattering (LEIS) Spectroscopy
Instrumentatie LEIS
Schema instalatiei LEIS, folosind spectroscopia TOF pentru detectia particulelor imprastiate direct si invers. Nuclear Instruments and Methods, Vol. 162, 1979, p 587.
Principiul de funcţionare al TOF(spectrometrie de masa/energie TOF)
€
t = D s2eV
m
t = D m2E
−12
Un spectrul LEIS demonstrand evolutia unui strat atomic ultim al suprafetei Ti pe masura formarii TiN.
Un spectrul LEIS demonstrand evolutia unui strat atomic ultim al suprafetei Ti pe masura formarii TiN.
Un spectrul LEIS demonstrand evolutia unui strat atomic ultim al suprafetei Ti pe masura formarii TiN. Evolutia cu presiunea a ariei picului Ti din
spectrul LEIS al unei suprafete expuse unei atmosfere de N2.
TiN si LEIS. Nitrurarea stimulata de bombardamentul ionic
Time (s)
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
N peakO peak
pO2 = 5 x 10-9 mbar
2015186017051550139512401085930775620465310155
0
Inte
nsity
(cps
/nC
)
Final energy (eV)
Substituţia N/O la suprafaţa Ti
Time (s)
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
N peakO peak
pO2 = 5 x 10-9 mbar
2015186017051550139512401085930775620465310155
0
Inte
nsity
(cps
/nC
)
Final energy (eV)
Substituţia N/O la suprafaţa Ti
Time (s)
1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
N peakO peak
pO2 = 5 x 10-9 mbar
2015186017051550139512401085930775620465310155
0
Inte
nsity
(cps
/nC
)
Final energy (eV)
Analizoare pentru particule incarcate.Lentile electrostatice
Deflexia unui fascicol de electroni în camp electric uniform.Obs. 1. În ultima din cele 4 rel. de mai sus nu intervine raportul e/m!
2. Curbura traiectoriei este proporționalăcu grad E.
Lentilă electrostatică. (pentru calculul distanţei focalev. H. Lüth din lista de referinţe)
2 22 1
21
0
0
2 2
2sin 1sin
mv mv eU
mveU
UU
αβ
= +
=
= +
2 2
1 1
sinsin
v nv n
αβ= =
Lentile magnetice
2 cosmvACeB
π ϕ=
Un exemplu de lentilă magnetică.
Utilizate pentru focalizarea particulelor de energie înaltă
Focalizarea fasciculelor de sarcini electrice în câmp magnetic:toate particulele care intră în regiunea de câmp prin A, sunt focalizate în C.
ω - independent de ϕ
Elemente dispersive. Analizorul cu sectoare cilindrice
Analizorul cu sectoare cilindrice (ϕmax=118.6° - apertură Herzog)
Cilindrul exterior, polarizat negativ, respinge electronii si asigura dispersia dupa energie a acestora. Există o singură valoare “de trecere” a energiei electronilor (cea care corespundeechilibrului forței coulombiene cu cea centrifugă⇒ traiectoria circulară).
Electroni cu o anumita energie sunt selectati prin baleierea tensiunii de polarizare.
Circuitul de polarizare
=Upol
lnb
a
E
Analizorul cilindric (CMA)
-V
Tun electronic
Eșantione- Auger
selectionatidupa energie
Multiplicator de electroni
E0 =eUp
0.77lnb
a
E0 - energia de trecere (pass energy)
Up - tensiunea de trecere
2 2
0 0 2( sin ) sin cos 24
dI d I kI E k t I k t tdE dE
ω ω ω+ ≅ + −
Analizorul cu grile de frânare Analizorul emisferic
2 2
0 0 2( sin ) sin cos 24
dI d I kI E k t I k t tdE dE
ω ω ω+ ≅ + −
Condensatori (4 plăci)pentru scanareasuprafeței
Analizorul emisferic
Sistem de condensatori (4 plăci)pentru scanarea suprafeței