Рассеяние медленных ионов Используемые газы Не Ne

Рассеяние медленных ионов Используемые газы – Не, Ne, Ar, Kr, энергия ионов 0. 5 -5 кэ. В Направления падения и рассеяния, энергия и масса исходных ионов определены и известной точностью. В этом случае измеряемая энергия рассеяной частицы в определенном телесном угле позволяет определить массу рассеивателей. Типичный спектр рассеяния ионов Не+ с энергией 1 кэ. В от поверхности сплава Точность определения массы атомов на поверхности определяется шириной пиков рассеяния, зависящей от аппаратной фунции и точности определени углов рассеяния, соотношения масс и угла рассеяния. При малых углах рассеяния разрешение ухудшается – потери невелики, все пики около 0.

Наилучшее разрешение при малых А, однако при этом сужается область возможных углов рассеяния и область анализируемых масс. При q 1=90 о E 1/E 0=(A-1)/(А+1) не имеет решений для А<1 То есть атомы поверхности легче рассеиваемых не регистрируются. Зависимость разрешения по массе от угла рассеяния А=М 2/М 1 Для расчета траекторий и сечения рассеяния необходимо учитывать потенциал взаимодействия иона с атомом (используются приближение потенциала отталкивания ядер с учетом электронного экранирования )

Поверхностная чувствительность метода Рассчитанные траектории рассеяния ионов Не 1 кэ. В на атоме О (в начале координат) Образование конуса затенения. Конусы затенения для ионов Не+ 1 кэ. В от атомов верхних слоев поверхности Ni(100)

Многократное рассеяние и скользящие углы При малых углах падения первичных ионов существует область где падающий ион чувствует потенциал нескольких атомов поверхности. При очень малых скользящих углах падения рассеяние на одном атоме не возможно каждый атом будет находиться в конусе затенени я предыдущего. В этом случае происходит рассеяние при взаимодействии с потенциалом нескольких атомов. Многократное рассеяние характерно для более тяжелых ионов с малой энергией. Для Не в основном характерны акты однократного рассеяния. Многократное рассеяние может приводить к появлению дополнительных пиков на спектрах рассеяния. Схематическое изображение двухкратного рассеяния

Влияние нейтрализации Вероятность нейтрализации для ионов с энергиями более 500 э. В определяется выражением Vo – параметр характерной скорости зависящий от сорта атомов мишени и ионов Нейтрализация • Увеличивает поверхностную чувствительность метода • Уменьшает интенсивность рассеяния при уменьшении энергии • Уменьшает интенсивность рассеяния при уменьшении угла падения • Уменьшают ценность метода для количественного анализа. a - выход рассеяных ионов Не+ от энергии иона, b – уровни энергии по сравнению с уровнем 1 s для атома Не.

Структурные эффекты в РМИ Использование азимутальных зависимостей рассеяния ионов позволяет изучать изменение конусов затенения и таким образом определять местоположение адсорбированных атомов и ориентацию молекул, например ориентацию молекулы СО – стоит ли она одним из своих концов или лежит на поверхности. Модели структуры на поверхности с адсорбированным атомом. В случае а – азимутальная зависимость выхода рассеянных ионов мала. , б и в – существенная анизотропия сигнала в определенных направлениях определяемая конусами затенения или их отсутствием.

Влияние многократного рассеяния и нейтрализации Нейтрализация при многократном рассеянии приводит к появлению дополнительного конуса затенения спабающего экспоненциально с расстоянием, что снижает чувствительность к деталям локальной структуры адсорбат – подложка. Для подавления влияния эффект нейтрализации использую рассеяние ионов щелочных металлов или ионы Ne+ с энергией от 5 кэ. В. Используется 2 метода: • Мало угловое рассеяние, азимутальная зависимость пика двухкратного рассеяния для определения межатомного расстояния • Рассеяние вдоль нормали к пов-ти, азимутальные зависимости обусловленные различием межатомных расстояний в разных направлениях, само затенение и а - Выход рассеянных ионов Ne+ 5 кэ. В вдоль нормали эффект фокусировки к поверхности в зависимости от азимута падения первичных ионов. б – вид сверху на поверхность.

Требования к аппаратуре реализации метода РМИ • Высокая поверхностная чувствительность обуславливает повышенные требования к вакуумным условиям • Источник ионов должен обладать малым разбросом по энергии, массфильтром для сепарации примесей. • Использование особо чистых газов • Использование анализаторов с регулируемым углом сбора и изменяемым азимутальным положением для анализа структуры поверхности. Блок схема спектрометра РМИ В целом РМИ является простым и черезвычайно чувствительным к поверхности источником информации о ее составе и структуре.

Рассеяние быстрых ионов Основные отличия от РМИ. При переходе к энергиям в сотни и тысячи килоэлектронвольт • Сечение рассеяния становиться малым • Конус затенения узкий • Нейтрализация перестает играть существенную роль РБИ – метод анализа объема приповерхностной области В связи с малостью потерь энергии при рассеянии и при ионно-электронном взаимодействии изменение энергии рассеянного иона линейно связана с глубинойпроникновения в приповерхностную область. Таким образом для любого выбранного сорта рассеивающих атомов можно связать величину сигнала рассеяния при бинарном взаимодействии с их положением на поверхности а величину сигнала при меньшей энергии с их раположением по глубине.

Поскольку несущественна нейтрализация и электронное экранирование при столкновении ядер, метод легко поддается количественному расчету позволяющему рассчитать абсолютное количество атомов в определенном слое. Пример спектра рассеяния ионов Не+ 250 кэ. В на многослойном образце Al-Au

Поверхностная чувствительность может быть обеспечена соответствующим выбором угла падения относительно кристаллографической плоскости так, что бы конуса затерения исключали рассеяние от нижних слоев. Схема сечения поверхности кубического кристалла с верхним слоем атомов сдвинутым на dz по вертикали. Показаны конуса затенения в двух направлениях каналирования. Спектры рассеяния ионов Не+ 2 Мэ. В на поверхности W{100} при падении пучка по нормали к поверхности и случайным образом. Поскольку спектр количественно хорошо расчитывается, то может быть определено абсолютное число атомов на ряд в поверхностном пике. Любое искажение в структуре поверхностной области должно приводить к увеличению интенсивности соответствующих пиков

Метод двойного спрямления В данном методе ионы опять падают вдоль направлений каналирования, однако выход рассеяния измеряется в области углов близких к блокирующему направлению (– конуса затенения в обратном направлении) таким образом может быть определено положение поверхностного атома. Пример зависимости интенсивности поверхностного и объемного пиков рассеяния для ионов Н+ 173 кэ. В на поверхности Pt(111) Различие в положении пика блокирования сигнала указывает на увеличение расстояния между поверхностными слоями и используется для расчета – сплошные линии.

Метод Резерфордовского обратного рассеяния РОР Модификация РБИ для немонокристаллических образцов. Регистрация энергии и угла обратного рассеяния дает возможность определять массу рассеивателя. Применяется для определения толщины пленок – ионы рассеянные на первой поверхности пленки будут иметь максимальную энергию, рассеяные от подложки – минимальную. Для расчета толщины необходимо знать «эффективную тормозную способность вещества пленки. Применяется для определения примесей на поверхности с чувствительностью 10 13 -1014 ат. См 2. Для легких элементов матрицах большой плотности чувствительность хуже и применяют резонансное рассеяние a-частиц при углах близких к 180 о Разрешение по глубине (при известной функции ионизационных потерь) составляет 5 -30 нм в зависимости от энергетического разрешения коллектора