CC BY
10# iw llH IW ч» < Jr'DDflh lin. njl.1, IHM)
а
Н, ( ЧО лич е [IT Е О ЦИКЛОВ ПСДЖДеНИН)
.1 DIII-I В«.'||[Ы. iFHI ■
б
5 ю 15
Pi, (КОМ/на)
Рис. 3. Спектральные зависимости: а - оптического пропускания исходных пленок ОУНТ; б - оптического пропускания пленок ОУНТ, экспонированных парами азотной кислоты; в - зависимость удельного поверхностного сопротивления пленок ОУНТ от количества итерации осаждения; г - оптического пропускания пленок ОУНТ от величины удельного поверхностного сопротивления
г
Проанализированы спектры оптического пропускания пленок ОУНТ (рис, 3, а) на подложке из щелочного стекла толщиной (50 итераций осаждения) (рис. 3, а). Пики поглощения соответствуют электронным переходам между особенностями ван-Хова в плотности состояний одномерных систем для полупроводниковых (ЦБц) = 1873 нм и Х(822) = 1036 нм) и металлических (ЦМп) = 712 нм). После операции экспонирорвания пленок парами азотной кислоты спектральные зависимости оптического пропускания претерпевают значительное изменение (рис. 3, б). В частности полностью пропадает пик Б11 и значительно снижается интенсивность пика 822.
Причиной данного изменения спектров является сдвиг уровня Ферми в валентную зону, очевидно, что при сдвиге уровень Ферми оказался ниже первой сингулярности ван-Хова для полупроводниковых нанот-рубок, в результате чего энергетические уровни опустошаются, что делает невозможным электронные переходы между сингулярностями ван-Хова.
В целом операция допирования азотной кислотой позволяет увеличить проводимость пленок в 6-9 раз. В частности, на образце толщиной 200 итераций получено значение удельного поверхностного сопротивления 210 Ом/кв при оптическом пропускании 77 %. Стоит также отметить тот факт, что при операции химического допирорвания, за счет подавления пиков поглощения в инфракрасной области происходит значительное просветление пленок, таким образом, удалось просветлить образец толщиной 200 итераций с 67 до 91 % на длине волны 1873 нм.
Reference
1. Sumio Iijima. Helical microtubules of graphitic carbon (1991) Nature, 354, p. 56-58 doi: 10.1038/354056a0.
© Иванченко Ф. С., Воронин А. С., Хартов С. В., 2014
УДК 543.428
НОВЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЗБУЖДЕНИЙ В СПЕКТРОСКОПИИ СЕЧЕНИЯ НЕУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ
А. Ю. Игуменов1, А. С. Паршин1, Ю. Л. Михлин2, О. П. Пчеляков3, А. И. Никифоров3, В. А. Тимофеев3
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
2Институт химии и химической технологии СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50
3Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН Российская Федерация, 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 13
Решетневскуе чтения. 2014
Спектры потерь энергии отраженных электронов получены для серии образцов Si. Из этих экспериментальных спектров вычислены зависимости произведения средней длины неупругого пробега и дифференциального сечения неупругого рассеяния электронов от потерь энергии электронов. Предложен новый метод определения параметра поверхностных возбуждений в спектроскопии сечения неупругого рассеяния электронов, основанный на разложении этих спектров на пики потерь, описываемые трехпараметрическими универсальными функциями сечения Тоугаарда.
Ключевые слова: спектроскопии сечения неупругого рассеяния электронов, спектроскопия характеристических потерь энергии электронами, параметр поверхностных возбуждений.
NEW METHOD OF SURFACE EXCITATION PARAMETER DETERMINATION IN INELASTIC SCATTERING CROSS-SECTION
A. Yu. Igumenov1, A. S. Parshin1, Yu. L. Mikhlin2, O. P. Pchelyakov3, A. I. Nikiforov3, V. A. Timofeev3
1Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: [email protected] 2Institute of Chemistry and Chemical Technologies SB RAS 50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 3Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS 13, Academician Lavrentjev Av., Novosibirsk, 630090, Russian Federation
Energy loss spectra of reflected electrons are obtained for the series of Si samples. Energy loss dependence of inelastic mean free path and differential inelastic electron scattering cross-section are calculated. A new method to determine surface excitation parameter, based on fitting of these spectra with the Tougaard Three-parameter Universal cross-section is proposed.
Keywords: inelastic scattering cross-section, electron energy loss spectroscopy, surface excitation parameter.
В настоящее время в связи с развитием нанотехно-логий востребованы методы исследования состава и свойств твердых тел. Активно развиваются методы электронной спектроскопии, в частности методы интерпретации и обработки результатов спектроскопических исследований. В настоящей работе нами предложен новый метод определения параметра поверхностных возбуждений (поверхностный параметр) по спектрам сечения неупругого рассеяния электронов (произведения средней длины неупругого пробега электронов X и дифференциального сечения неупругого рассеяния K(E0, E0 - E), где E0 - энергия первичных электронов; E0 - E - потери энергии электронами, KX-спектры). KX-спектры могут быть использованы для количественного анализа элементного состава в двухкомпонентных композитных структурах [1-4] и определения параметра поверхностных возбуждений [5-7]. Поверхностным параметром называется вероятность генерации электроном поверхностных возбуждений при единичном акте взаимодействия с поверхностью [8; 9]. Поверхностный параметр играет важную роль при количественном анализе в РФЭС, ОЭС и СХПЭЭ.
Спектры потерь энергии отраженных электронов получены для серии образцов Si, изготовленных при разных технологических условиях, имеющих различную кристаллографическую ориентацию, на сверхвы-соковакуумном фотоэлектронном спектрометре SPECS (Германия). Энергия потерь T рассчитывалась как разность между энергией первичных электронов E0 (нулевые потери) и энергией отраженных электронов E, T = E0 - E. Из экспериментальных спектров
потерь энергии отраженных электронов с помощью программного пакета QUASESTM XS REELS (Quantitative Analysis of Surfaces by Electron Spectroscopy cross section determined by REELS) [10] согласно алгоритму, предложенному в [11], получены спектры сечения неупругого рассеяния электронов.
Метод экспериментального определения поверхностного параметра из спектров сечения неупругого рассеяния электронов был предложен в [5] и развит в [6; 7] Гергели. Усовершенствованная методика Гергели предполагает подгон KX-спектра в области объемного плазмона трехпараметрической функцией Тоугаарда [12] и последующее вычитание из экспериментальных спектров пика Тоугаарда (объемного плазмона). Выделенная таким образом часть спектра, соответствующая поверхностным возбуждениям, и есть поверхностный параметр. Поверхностный параметр был рассчитан нами по методике Гергели для всех исследованных образцов и близок к значениям, приведенным в [6; 7], результаты расчета практически не зависят от кристаллографической ориентации и технологических условий получения образца.
Предложенный нами ранее метод разложения спектров сечения неупругого рассеяния электронов на пики потерь, описываемые трехпараметрически-ми универсальными функциями сечения Тоугаарда, позволяет оценить вклад в KX-спектр возбуждений разной природы: поверхностных или объемных. Природа подгоночных пиков определяется по зависимости площади пика от энергии первичных электронов, а также сравнивается с известными данными [13].
На основании разложения спектров сечения неупругого рассеяния электронов на пики потерь был рассчитан поверхностный параметр отдельных возбуждений и общий (интегральный) поверхностный параметр как сумма площадей всех поверхностноподобных возбуждений, который оказался больше поверхностного параметра, рассчитанного по методике Гергели. В отличие от методики Гергели, когда интенсивность объемного плазмона всегда устанавливается равной интенсивности соответствующей точки спектра, разложение на пики позволяет анализировать спектры сечения неупругого рассеяния электронов как суперпозицию разных процессов потерь энергии электронами. Соответственно, устраняется недостаток методики Гергели, заключающийся в завышенной интенсивности объемного вклада, из-за которой уменьшается вклад поверхностных возбуждений. Разложение спектров всех исследованных образцов на составляющие дало хорошо согласующиеся между собой результаты.
Таким образом, предложенный нами метод определения поверхностного параметра позволяет оценить влияние поверхностных возбуждений более детально, вплоть до расчета вероятности потери энергии электроном на возбуждение межзонных переходов и поверхностных плазмонов. Полученные результаты объяснимо отличаются от результатов, полученных по методу Гергели [6; 7].
Библиографические ссылки
1. Паршин А. С., Александрова Г. А., Долбак А. Е., Пчеляков О. П., Ольшанецкий Б. З., Овчинников С. Г., Кущенков С. А.. Письма ЖТФ. 2008.
2. Паршин А. С., Пчеляков О. П., Долбак А. Е., Ольшанецкий Б. З. Поверхность. Рентгеновские, син-хротронные и нейтронные исследования. 2013.
3. Паршин A. C., Пьяновская Е. П., Пчеляков О. П., Михлин Ю. Л., Никифоров А. И., Тимофеев B. A., Есин М. Ю. ФТП. 2014.
4. Паршин А. С., Кущенков С. А., Александрова Г. А., Овчинников С. Г. ЖТФ. 2011.
5. Gergely G., Menyharda M., Gurban S., Sulyok A., Toth J., Varga D., Tougaard S. Solid State Ionics. 2001.
6. Gergely G. Progress in Surface Science. 2002.
7. Orosz G. T., Gergely G., Gurban S., Menyhard M., Toth J., Varga D., Tougaard S. Vacuum. 2003.
8. Werner W. S. M., Tratnik H., Brenner J., Stori H. Surface Science. 2001.
9. Werner W. S. M., Kover L., Egri S., Toth J., Varga D. Surface Science. 2005.
10. Tougaard S. URL: http:// www.quases.com.
11. Tougaard S., Chorkendorff I. Phys Rev. 1987.
12. Tougaard S. Surface and interface analysis. 1997.
13. Лифшиц В. Г., Луняков Ю. В. Спектры ХПЭЭ поверхностных фаз на кремнии. Владивосток : Даль-наука, 2004. С. 36.
References
1. Parshin A. S., Aleksandrova G. A., Dolbak A. E., Pcheljakov O. P., Ol'shaneckij B. Z., Ovchinnikov S. G., Kushhenkov S. A. Pis'ma ZhTF. 34, 41 (2008).
2. Parshin A. S., Pcheljakov O. P., Dolbak A. E., Ol'shaneckij B. Z. Poverhnost'. Rentgenovskie, sinhro-tronnye i nejtronnye issledovanija, 6, 5 (2013).
3. Parshin A. C., P'janovskaja E. P., Pcheljakov O. P., Mihlin Ju. L., Nikiforov A. I., Timofeev B. A., Ju M. Esin. FTP, 48, 41 (2014).
4. Gergely G., Menyharda M., Gurban S., Sulyok A., Toth J., Varga D., Tougaard S. Solid State Ionics, 141142, 47 (2001).
6. Gergely G.. Progress in Surface Science, 71, 31 (2002).
7. Orosz G. T., Gergely G., Gurban S., Menyhard M., Toth J., Varga D., Tougaard S. Vacuum, 71, 147 (2003).
8. Werner W. S. M., Tratnik H., Brenner J., Stori H. Surface Science, 495, 107 (2001).
9. Werner W. S. M., Kover L., Egri S., Toth J., Varga D. Surface Science, 585, 85 (2005).
10. Tougaard S. URL: http:// www.quases.com.
11. Tougaard S., Chorkendorff I. Phys Rev. B, 35, 6570 (1987).
12. Tougaard S. Surface and interface analysis, 25, 137 (1997).
13. Lifshic V. G., Lunjakov Ju. V. Spektry HPJeJe poverhnostnyh faz na kremnii (EELS spectra of surface phases on silicon) (Vladivostok, Dal'nauka, 2004), s. 36.
© Игуменов А. Ю., Паршин А. С., Михлин Ю. Л., Пчеляков О. П., Никифоров А. И., Тимофеев В. А., 2014
УДК 608.3
ТЕМНЕЕ ЧЕРНОГО
Р. В. Карцан, И. Н. Карцан
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: [email protected], [email protected].
Современный мир не стоит на месте, каждый день ученые всего мира делают научные открытия. На первый взгляд данные открытия не кажутся грандиозными и фундаментальными. Но при тщательном рассмотрении и грамотном анализе можно оценить действительный потенциал «незначительных» открытий.
Ключевые слова: изобретение, новый материал, возможности применения.
