SU795163A1

SU795163A1 - Способ изучени плотности свободных электронных состо ний в зоне проводимости твердых тел

Info

Publication number: SU795163A1
Application number: SU792820740A
Authority: SU
Inventors: Н.П. Бажанова; В.В. Кораблев; Н.И. Кочетков
Original assignee: Ленинградский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.М.И.Калинина
Priority date: 1979-09-21
Filing date: 1979-09-21
Publication date: 1982-01-07

Description

гетическим пучком электронов с энергией, не превышающей 100 эВ, и регистрируют энергетический спектр вторичных электронов с энерги ми в диапазоне до 30 эВ, производ т нанесение на поверхность исследуемого вещества субмонослойных количеств электроноположительного вещества, по крайней мере дл одной толщины нанесенного сло измер ют снижение контактной разности потенциалов и регистрируют энергетические спектрывторичных электронов дл нескольких энергий первичного пучка, по сравнению структур которых с исходной суд т о плотности электронных состо ний в зоне проводимости исследуемого вещества.

При этом, регистрацию энергетических спектров вторичных электронов производ т при приемном угле коллектора, к л.

Способ реализуют следующим образом.

В отличие от известного способа, включающего измерение распределени ио энерги м вторичных электронов в ззком телесном угле при энергии электронов первичного пучка , 100 эВ, в данном способе ведут регистрацию распределени вторичных электронов по энерги м при приемном угле коллектора около л в интервале от О до Е при Ер эВ или только его части от О до 30 эВ при эВ, а также измер ют контактную разность потенциалов Кк.р.п. между мищенью из исследуемого вещества и катодом электронной пушки сначала дл чистого вещества образца, затем после осаждени на его поверхность субмонослойных покрытий электроположительного материала, снижающего граничный потенциальный барьер, но практически не участвующего в процессах рассеивани и возбуждени электронов, например, цези в количестве менее 0,2 моносло .

О начале вклада адсорбированного материала в неупругое рассе ние суд т по изменению спектра характеристических потерь энергии, при этом определ ют снижение граничного барьера по изменению VK.P.R Энергетические расгГределени вторичных электронов сравнивают при р - const до и после адсорбции электроположительного материала, а также дл нескольких Ер после адсорбции. Непосредственно по структуре в начальной части распределений суд т об энергетическом положении особенностей обобщенной плотности свободных электронных состо ний в зоне проводимости твердых тел преимущественно вблизи и ниже уровн вакуума без математической обработки экспериментальных кривых.

Использование начального участка распределени по энерги м вторичных элек ,тронов, на который приходитс более 50% от общего количества вторичных электронов , при приемном угле коллектора около ,

т. е. при сборе вторичных электронов, вышедщих в разных направлени х, обеспечивает высокую чувствительность, упрощение вакуумного прибора, измерительной схемы, позвол ет уменьщить плотность тока в первичном пучке. Облучение электронами малых энергий при низкой плотности тока в пучке ;10- А/см2 не вызывает изменени состо ни поверхности в процессе исследовани . Анализ упрощаетс благодар тому, что в начальной части распределени при Ер.-Ь 100 эВ после снижени граничного потенциального барьера по вл етс отчетливо выраженна структура, создаваема

многократно рассе нными вторичными электронами , котора непосредственно отражает особенности обобщенной плотности свободных состо ний в зоне проводимости вблизи и ниже уровн вакуума.

По сравнению с известным способом снижаютс требовани к монохроматичности первичного пучка - допускаетс разброс по энерги м -0,6 эВ. При измерении не требуетс мен ть азимутальный и пол рный

углы. Все это упрощает исследование, повышает чувствительность и точность. Пример реализации. Экспериментальна проверка осуществл лась в установке, построенной с использеванием общеизвестных принципов и методик . Распределени вторичных электронов по энерги м записывались с применением анализатора П. И. Лукирского с отношением диаметров сферического коллектора и

плоской мищени 10:1, метода электрического дифференцировани кривых задержки вторичных электронов и синхронного детектировани . Контактна разность потенциалов между исследуемым образцом и катодом пушки измер лась методом электронного зонда. Давление остаточных газов в приборе при измерени х составл ло 1ч-5 10 тор. Объектом исследовани служил монокристалл кремни с гранью (100). Р1змерени выполн лись в следующей последовательности . Сначала дл чистого кремни определили контактную разность потенциалов V°K.p.n образец - катод пушки и записали энергетические распределени вторичних электронов при эВ. Затем эти же операции привели после осаждени на кремний субмонослойных количеств цези .

На фиг. 1 приведены энергетические

распределени вторичных электронов Л f(Es) дл VP - 6В и разных субмонослойных количеств цези соответственно: О - чистый Si; 1 - Si -f 0,6 м. с. Cs, VK р.п 1,8 В; 2 -Si -f 0,13 м. с. Cs. l/к. 2,5В;

3 - Si -f- 0,2 м. с. Cs, V 2,9 В. В верхней части фигуры 1 крива 4 изображает распределение обобщенной плотности свободных электронных состо ний в зоне проводимости кремни , подтвержденное расчетами и экспеоиментами. Энеоги пепвичных

электронов Е.,, отсчитываема относительно уровн вакуума, складываетс из внешней VP и контактной Ук.рп. мелсду образцом и катодом пушки разностей потенциалов. Снижение граничного потенциального барьера после осаждени цези равно изменению контактной разности потенциалов ДРк.р.п VK.P.H-Т°к.р.п, где F°K.p.,,и Ук.р.п соответственно контактные разности между образцом и катодом пушки до и после осаждени цези . Нуль на горизонтальных ос х соответствует уровню вакуума дл чистого кремни .

Сопоставление кривых на фиг. 1 подтверждает , что по структуре в начальной части распределени вторичных электронов по энерги м, по вл ющейс после снижени граничного потенциального барьера, можно судить об энергетическом положении особенностей обобщенной плотности свободных электронных состо ний в зоне проводимости вблизи и ниже уровн вакуума. Добавочное снижение граничного барьера, как и следовало ожидать при наличии такого соответстви , не сдвигает уже имеющиес особенности в распределении вторичных электронов, а добавл ет новые в св зи с по влением возможности выхода в вакуум дл электронов из состо ний, более удаленных от уровн вакуума чистого кремни .

На фиг. 2 приведены распределени по энерги м вторичных электронов (полные распределени дл 4; 8,2 и 10 В и начальные участки дл Ур 50, 100 и 150 В) дл разных энергий первичных электронов р е(УрН-Кк.р.п) от 4,9 эВ до 152,9 эВ после адсорбции на кремнии цези в количестве , соответствующем 0,2 моносло , и снижении барьера на 2,8 эВ. Изменение энергии первичных электронов в этом диапазоне не мен ет энергетическое положение структуры в начальной части распределений , что служит еще одним аргументом в пользу отмеченного соответстви . Однако, как видно из фиг. 2, при В структура в распределении сглаживани , при не видна структура вблизи уровн вакуума чистого образца. Поэтому энергию первичного пучка рекомендуетс выбирать в интервале от 5 эВ до 100 эВ.

Данный способ определени энергетического положени особенностей обобщенной плотности свободных электронных состо ний в зоне проводимости твердых тел вблизи и ниже уровн вакуума вл етс простым , надежным и дешевым. Его использование не требует применени специальной дорогосто щей аппаратуры (энергоаиализаторов с высоким угловым и энергетическим разрешением и радиоаппаратуры высокого

класса), т. е. нетрудно организовать его широкое применение. Это позвол ет быстро получить отсутствующую информацию и составить каталог «Особенности обобщенной плотности свободных электронных состо ний в зоне проводимости вблизи и ниже уровн вакуума не только дл простых веществ , но также и дл соединений, создаваемых на предпри ти х цветной и черной металлургии и используемых на предпри ти х МЭП и других министерств. Наличие такого каталога будет способствовать рациональному выбору материалов в каждом конкретном случае и повышению качества, в первую очередь многих электронных приборов , в особенности использующих гетеропереходы , а также других изделий микроэлектроники .

Claims

1.Способ изучени плотности свободных электронных состо ний в зоне проводимости твердых тел, заключающийс в том, что исследуемое вещество облучают моноэнергетическим пучком электронов с энергией, не превыщающей 100 эВ, и регистрируют энергетический спектр вторичных электронов с энерги ми в диапазоне до 30 эВ, отличающийс тем, что, с целью повыщени чувствительности и упрощени средств реализации способа, производ т нанесение на поверхность исследуемого вещества субмонослойных количеств электроположительного вещества, по крайней мере дл одной толщины нанесенного сло измер ют снижение контактной разности потенциалов и регистрируют энергетические спектры вторичных электронов дл нескольких энергий первичного пучка, по сравнению структур которых с исходной суд т о плотности электронных состо ний в зоне проводимости исследуемого вещества.

2.Способ по п. 1, отличающийс тем, что регистрацию энергетических спектров вторичных электронов производ т при приемном угле коллектора, близком к .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:

1.Dose V, Scheidt Н, Deconvolution of appearence potential spectra «Appl. Phys. 1979, 19, № 1, 19-23.

2.Выложенна за вка ФРГ № 2546053, кл. G 01 N 23/225, опублик. 1976.

3.R. F. Willis, N. E. Christensen. Secondary - electron - emission spectroscopy of tinip sten: Angular dependance and phemenology , Phys. Rev. В., 1978, 18, № 10, 5140-1561 (прототип).

f.,1 )

р (.р.п ofp-na

.,

i/goSeHb . S

S,