Способ определения энергии двумерных электронных зон поверхности металла

 

Изобретение относится к области метрологии электрофизических параметров твердого тела, а именно к способам определения энергии электронных состояний на поверхности металлов . Цель изобретения - повы .шение точности и чувствительности способа при его одновременном упрощении . Способ включает получение атомарно-чистой поверхности образца металла в условиях вакуума, нанесение на нее субмонослойной пленки щелочного или щелочноземельного металла со степенью покрытия б , лежащей в интервале ( , где 0,- степень покрытия, соответствующая минимуму работы выхода образца, Облучение образца ведут со стороны пленки монохроматическим излучением под углом у, лежащем в интервале гДе Уер угол Брюстера, с поляризацией электрического вектора излучения в плоскости падения облучения. При этом облучение образца производят излучением видимой спектральной области , меняя при этом длину волны Я в интервале fl fltp i гДё красная граница фотоэффекта. При каждом значении tf измеряют величину интегрального фотоэмиссионного, тока Тв(И), затем поворачивают плоскость поляризации излучения на 90°, вновь меняя Длину волны 4 в интервале при каждом значении fl измеряют величину интегрального фотоэмиссионного тока Is(1), вычисляют отношение 1|,(й)/ /Is СА), находят положение, его спектрального максимума 4iMevc и определяют искомую величину Е„ из соотношения Е„ « h C/-JIMai(b, где h - постоянная Планка; с - скорость света. По сравнению с прототипом изобретение облада ет на порядок большей точностью и чувствительностью определения эпер- (гии двумерных электронных зон поверх- Ности металлов. Изобретение может быть использовано в физических изме- ,рениях, при контроле межфазных границ при выращивании многослойных структур.в электронике, а также для расширения методов спектроскопии поверхности и в фундаментальных исследованиях в области физики поверхности . 5 ил. (Л с ел ел о Ј оэ ее

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПУБЛИН

А1! (19) (11) (51)5 Н Ol L 21 66

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;

Изобретение относится к облас- раметров твердого тела, а именно

:ти метрологии электрофизических па- к способам определения энергии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 07.09.91. Iem. Р 33 (2, ) 4488703/25 (22) 03, 10. 88 (7l) Физико-технический институт нм. А.Ф. Иоффе (72) Г.В. Бенеманская и М.Н, Лапушкнн (53) 621.382 (088 ° 8) (56) Панков Ж, Оптические процессы в полупроводниках. М.: Мир, 1973, с. 489 °

P. Soukiassian et al. Adsorbateinduced shifts of electronic surface

states: Cs on the (IOO) faces of

)tungsten, molybdenum and tantalum, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ

: ДВУМЕРНЫХ. ЭЛЕКТРОННЫХ ЭОН ПОВЕРХНОС

ТИ МЕТАЛЛА (57) Изобретение относится к области метрологии электрофизических параметров твердого тела, а именно к способам определения энергии электронных состояний на понерхности ме таллов. Цель изобретения — поны,шение точности и чувствительности способа при его одновременном упрощений. Способ включает получение атомарно-чистой поверхности образца ме- талла в условиях вакуума, нанесение . на нее субмонослойиой пленки щелочного или щелочноэемельного металла со степенью покрытия 6, лежащей в интервале 0 8 9(, где 6< - степень покрытия, соответствующая минимуму работы выхода образца. Облучение образца ведут со стороны пленки моно» хроматическим излучением под углом лежащем в интервале O g(y, где — угол Врюстера, с поляризйцией электрического вектора излучения в плоскости падения облучения. При этом облучение образца производят из.лучением видимой спектральной области, меняя при.этом длину волны М в интервале 1 4 IIIII, где 1„ - красная граница Фотоэффекта. При каждом значении Ф измеряют величину интегральКОГО фотоэмисс ионного тока TII (4)> эа» тем поворачивают плоскость поляриза/ о ции излучения на 90 ° вновь меняя длину волны 1 н интервале при каждом значении Я измеряют величину интегрального Фотоэмиссионного тока Ез(1), вычисляют отношение X>(3)/ g

/Тз (1), находят положение его спектрального максимума Ъ„ „ и определя« {, ют искомую величину Е, иэ соотпоше° ° ния Е, h с/М„„„,, где h - постоянная

Планка; с - скорость снета, IIo сравнению с прототипом изобретение обладает на порядок большей точностью и чувствительностью определения эперl гии двумерных электронных зон поверхности металлов, Изобретение может быть использовано в Физических изме,рениях, при контроле межфазиых границ при выращивании многослойных

4 структур. в электронике, а также для расширения методов спектроскопии I поверхности и в фундаментальных исследованиях н.области физики поверх- 3 ности. 5 ил. 3ь

1556463 электронных состояний иа поверхности металлов,иможет быть использовано ! при контроля межфазных границ при выращивании многослойных пленочных структур в электронике, в том числе

5 и ри и зготоп лепин фотоприемников и т.д., а также для расширения методов снектроскопии поверхности и в фундаментальных исследованиях в области физики поверхности.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности способа при его одновременном упрощении.

На фиг.! представлена схема установки, реализующей предлагаемый способ! на фнг.2 — ориентация электрического вектора Я при различных поляризациях возбуждающего фотоэмиссию излучения по отношению к поверхности образца; на фиг.3 - схема фотоэмиссионного процесса при облучении образца поляризованньи светом! на фиг,4 — экспериментальные спектральные фотоэмиссионные зависи- 25 мости Хр(Я), Т (Я); на фиг.5 — спектральная зависимость отношения т (э)/,(п)."

Установка для реализации предложенного способа, представленная на О фиг. состоит из вакуумной камеры ! с оптическим окном 2 для ввода излучения в вакуум и оптическим окном

3 для вывода излучения из вакуума.

В вакуумную камеру помещен образец

4, изготовленный в виде металлической пластины, и источник 5 для нане" сения на поверхность образца субмонослойной пленки щелочного или щелочноземельного металла. Последовательно источнику 6 видимого света установ40 ,лены конденсатор 7, монохройатор 8, осуществляющий изменение длины волны света, объектив 9, поляроид (поляризатор) !0, Собираюший коллектор 11, 45 источник положительного напряжения

1 2, электрометр 13 и образец 4 o6pa- . эуют электрическую цепь, в которой измеряется интегральный.фотоэмиссионйый ток.

Пример. Определяют энергию !вумерных электронных зон поверхности вольфрама Я (100) . Точность выхода грани (!00) W составляет 30 . .Образец М (100) изготовлен в виде круглой пластины диаметром D 1к 55

«10" м и толщиной d 3 ° 10 и. Перед установкой в камеру образец полируйт мехайически и электролнтически.

Образец W (100) помещают в вакуумную камеру, в которой поддерживают давление р -! ° 10 Па, 1!олучение атомарно-чистой поверхности достигают стандартной процедурой прогрева образца, Для системы W (1ОО) — цезий Св величина степени покрытия, соответствующая минимуму работы выхода Ор

0,5, так что можно наиосить пленку Cs с любой степенью покрытия 6 лежащей в интервале 0 96 0,5. В данном примере на поверхность (100)M нанесена субмонослойная пленка Ci со степенью покрытия 8 0,3.

На образец !!(100) со стороны пленки Св фокусируют монохроматнческий свет видимой спектральной области, интенсивностью 1 ° 10 Вт/см, получаемый с помощью монохроматора

8 от источника 6 видимого свете. С помощью поляроида 1 0 осуществляют поляризацию электрического вектора излучения в плоскости падения облучения (выделяют излучение р-поляризации) . Длину волны монохроматического света изменяют в. пределах от красной границы фотоэффекта, Я

= 620 нм до длины волны видимого света h 400 нм. Линейная дисперсия монохроматора 8 равна 2 нм/мм, что . при ширине входной и выходной щелей монохроматора, равных 1 мм, позволяет использовать для облучения образ- ца участок укаэанного спектра шири-: ной Йь "- 2 нм, Погрешность измере- ; ния длины волны монохроматического света составляет 3Я, = 0,05 нм. Облучение образца светой осуществляют нод углом 2% = 45, так как для вольф-: рама угол Брюстера равен 7 1 78 в видимой области спектра,.

Интегральный.фотоэмиссионный той регистрируют в цепи образец 4 - собирающий коллектор 11 — электрометр

13. Образец заземляют, на собирающий коллектор 11 подают напряжение

+25 В от источника постоянного тока. Погрешность измерения тоша состав- ляет 4,ь = 2 10 "А..

При каждом значении 3,лежащем в интервале 9ь 620 ж, измеряют величину интегрального фотоэмиссионного тока Ip (Я) при облучении образца излучением р-поляризации.

Затем при помощи поляроида осу" ществляют . поворот плоскости поляриз ацин на 90 (выделяют излучение

1556463 6 для заявляемого сп ос оба не треб уетс я сложных регнстрируощих устройств типа энергоанализаторов для регистрации эпеггетического спектра электронов, которые усложняют процедуру эксперимента.

Заявляемьй способ содержит также значительное упрощение математической н- 10 обработки экспериментальных результатов, Формула иэоб рет ения

s-поляризации ) и вновь при каждом . значении 4, лежащем в интервале

1 и 620 нм, измеряют величину интегрального фотоэмиссионного тока Is(3) при облучении образца излучением 6— поляризации.

На фиг.4 представлены спектральные зависимости интегральных фотоэмиссионных токов Е (М) и Ез(3) (кр вые 14 и 15) . По нэмеренньм зависимостям Е1(т) н Е (1) вычисляют отношение Еа (4) /Iз(3), приведенное на фиг.4, по которому определяют длинУ ВОлны 1 к (р сООтветствУюЩУю максимальному значению отношения .

Искомую величину энергии двумерных электронных эон поверхности металла Е находят по положению спектрального максимума отношения

I) (%) /Ia (9) Hs соотношеннЯ Ео с Ь вЂ” — -, где с - скорость света, Макс

Ь - постоянная Планка. В данном примере l,àll, 450 нм, следова.тельно Е

° * 2,75 эВ.

Величина Е, 2,75 эВ показывает .положение энергии двумерной электронной эоны поверхности M (100) относи" тельно уровня вакуума (фиг.3). Относительная Ошибка определения велиaaHbl Е составляет

„E

Е0

Абсолютна я лог решнос ть on ределения Е равна EE = 0,02 эВ.

Таким образом, изобретение обеспечивает улучшение на порядок точности определения энергии двумерных электронных эон поверхности металла. .В способе, согласно изобретению, производят регистрацию всех фотоэмитированных образцов электронов. Таким образом, чувствительность sass1ляемого способа превышает чувстви-. тельйость прототипа на порядок..

Дополнительньм преимуществом изобретения по сравнению с известными техническими решениямн являются простота и доступность источников вндн . мого света для возбуждения фотоэмиссии,по сравнению с сннхротронным или,, рентгеновским излучением. кроме того, Способ определения энергии дву

15 мерных электронных зон поверхности металла, включающий формирование атома рно-чис той поверхности об разца в условиях вакуума, нанесение на нее субмонослойной пленки щелочного. или

2р щелочноземельного металла со сте" пенью покрытия 6, лежащей в интервале 049(9,, где 8, — степень покрытия, соответствующая минимуму работы вьмода образца, облучение обраэ25 ца Со стороны пленки монохроматическнм излучением под углом f,,лежащим ,в интервале OC.(4), где, — угол

Брюстера, с полярйзацией электрического вектора излучение в плоскости др падения излучения, измерение фотоэмиссионного тока и определение искомой величины расчетньм путем, о тл и.ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности И чувствительности cnoco6a пра одновременном

em упрощении, облучение образца производят излучением видимой спектральной области, меняют длнну BQJIHbl1 в интервале 1 ь9,, где 1„- красная

4р граница фотоэффекта1 при каждом значении 9 измеряют величину интегрального фотоэмнсснонниго тока Е1 (3), затем поворачивают плоскость поляризации излучения на 90, вновь меняя длину волны Ъ в интервале 1с9„, при каждом значении Я измеряют величину кр ° интегрального фотоэмнссионного тока

Iз(Я ), вычисляют отношение Е (Я )/Еа(11) ! находят положение его спектрального максимума 4рц с н определяют искомую величину Е нз соотношения Е о с

Ь вЂ”, где h - постоянная Планка; " matc с .- скорость света.

1556463

E =

)55б463

М

Фиг.4 бЯ4 /Ж

1556463

Lp

Составитель И, Петровкя"

Редактор Г. Наджарян Техред . Л.Олийньйс:, Корректор И. Максимыйииец ю й» «44ВЮ ЮМВВВ\Ф ЮЮ МФЮНВЮЮ4ЙФ

Заказ 3724 Тираж : . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открмтиям при:ГКНТ СССР

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ю йй4ОЙФ ° Ь ° ю а ФФВВМЮ юВйв4 е@

Йфоизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Ю

° . е