Исследование закономерностей радиационного захвата медленных электронов пленками серебра, напыленными на поверхности вольфрама W(110) и ниобия Nb(110 Камара, Мамаду Боке

Введение к работе

Актуальность темы. Одно из центральных мест в электронике поверхности твердого тела занимает исследование локального состава, физико-химических свойств и электронной структуры поверхности тонкопленочных систем. Работа практически всех твердотельных приборов основана на процессах, происходящих на контактах мевду компонентами этих приборов, т.е. на поверхностях -границах между различными твердыми телами.

Важной задачей физики твердого тела является изучение энергетической электронной структуры тонкопленочных системы. В настоящее время существуют методы, такие как фотоэлектронная спектроскопия, ояе-электронная спектроскопия и спектроскопия характеристических потерь, которые дают в основном информацию об энергетической электронной структуре в области заполненных состояния. В то же время исследователи в последние годы уделяют большее внимание изучению энергетической электронной структуры свободных электронных состояний (незаполненные состояния).

Незаполненные электронные состояния (НЭС) определяют отклик среды на внешнее возмущение как электронами, так и светом - они влияют на транспортные свойства слоистых структур, играют существенную роль в адсорбционных процессах.

Разные методы анализа поверхности можно обозначить в соответствии с видом зондирующих воздействий и типом эмиттируе-мых частиц. Нами использовалась электрон-фотонная спектроскопия (ЭФС). Электрон-фотонная эмиссия - один из процессов, приводящих к возникнозенип электромагнитного излучения при облучении поверхности твердого тела медленными электронами (с энергией от нуля до нескольких десятков электрон-вольт).

Одним из механизмов возникновения излучения в Э5Э является радиационный захват медленных электронов (РЗЬіЗ). Он стал основой весьма .эффективных методов исследования незаполненных электронных состояний в металлах, полупроводниках и диэлектриках. РЗМЭ - это прямой процесс (т.е. без вторичных возбуждений), в результате которого электрон с энергией EL переходит с начального состояния, на котором он оказался войдя в твердое

4.

тело, на конечное состояние с энергией El . При этом излучается квант света с энергией "R.W = Е;_- Ег . Такой переход можно рассматривать как захват электрона из состояния в вакууме на твердотельное состояние с испусканием фотона. Здесь нужно отметить, что такой процесс возможен только при условии, что конечное состояние радиационного перехода является свободным, поэтому в спектрах РЗЫЭ проявляется энергетическая электронная структура исследуемого материала в области незаполненных состояний.

Целью данной диссертационной работы являлось исследование закономерностей РЗЬй пленками серебра, а также влияния оптического плазменного резонанса в серебре на иэохроматные спектры РЗЭ. Эти исследования необходимы для выяснения механизмов формирования изохроматных спектров РЗМЭ металлами и развития методик исследования незаполненных электронных состояний в твердом теле.

Научная новизна.

1. Впервые получены изохромагные спектры радиационного захвата медленных электронов пленками серебра на ыЬ(ПО) с регистрацией фотонов в интервале энергий 3-5 эВ.

2. Впервые оценен вклад различных механизмов в излучение, вызванное электронами, входящими в пленку серебра из вакуума

с почти нулевой кинетической энергией.

3. Проанализированы причины появления особенностей в изо
хроматных спектрах РЗМЭ, идентифицированы особенности в изо
хроматных спектрах, полученных для пленок серебра на W(IIO)
и No (НО).

Практическая значимость данной работы заключается в том, что, используя спектроскопию РЗМЭ, можно получить информацию об энергетической электронной структуре в области незаполненных состояний в металлах с помощью параллельных измерений спектров полного тока и изохроматных спектров, а также исследовать изменения электронной структуры незаполненных состояний ниобия и вольфрама в процессе формирования на их поверхности тонких слоев серебра. Даны практические рекомендации по идентификации особенностей в изохроматных спектрах РЗМЭ твердым телом.

5..

Защищаемые положения. . I. Особенности в изохроматных спектрах электрон-фотонной эмиссии могут быть обусловлены не только радиационный захватом электронов на выделенные конечные состояния, но также возбуждением и излучательным распадом плазмонов и законом вхождения электронов в твердое тело.

2. Установлено, что в случае серебра тонкопленочные и поверхностные плазменные моды могут возбуждаться электронами, входящими в пленку с уровня вакуума.

3. При записи изохроматных спектров пленки серебра на длинах волн 405 и 322 нм в регистрируемом излучении присутствуют, по крайней мере, две компоненты:

излучение по механизму радиационного захвата электронов;

излучение, возникающее в результате радиационного распада плазмонов, возбужденных электронами.

Апробация работы и публикации. Результаты диссертации докладывались и обсуздались на XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике (Ленинград, 1990), УП симпозиуме по вторичной электронной, фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела (Ташкент, 1990). Они опубликованы в четырех работах, приведенных в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 66 наименования. Общий ее объем - 116 страниц машинописного текста, включая 33 рисунка.