Экспериментальное оборудование и методика эксперимента

 

Аппаратура ДОБЭ

 

На рисунке 1 приведена схема экспериментальной аппаратуры для изучения поверхности методом ДОБЭ, в которой пучок высокоэнергетических электронов из электронной пушки попадает на поверхность образца под скользящим углом, а продифрагировавшие пучки электронов формируют картину ДОБЭ на флуоресцентном экране.

Рисунок 1 – Схема аппаратуры ДОБЭ и картина ДОБЭ от поверхности [4]

 

Для ДОБЭ используется широкий набор электронных пушек от простейших пушек с электростатической фокусировкой пучка, работающих в диапазоне 5-20 кэВ, до значительно более сложных пушек приближающихся по качеству к используемых в электронных микроскопах и работающих при более высоких энергиях (до 100 кэВ). Иногда для фокусировки и управления траекторией электронного пучка применяют магнитные линзы. Держатель образца вместе с образцом обычно помещается на платформу, которая позволяет вращать образец вокруг нормали к поверхности для того, что бы получать картины ДОБЭ для разных азимутальных направлений [4].

 

Анализ картин ДОБЭ

 

Из-за особенностей в геометрии дифрактометра картина ДОБЭ для идеального кристалла это проекция двумерной обратной решетки поверхности образца. Здесь рефлексы на дугах соответствуют пересечению сферы Эвальда и стержней обратной решетки. В качестве примера на рисунке 2 показаны картины ДОБЭ от поверхности Si(111) 7х7 [4].

 

Рисунок 2 – Картина ДОБЭ (20кэВ) от поверхности Si(111) 7x7, снятая при ориентации первичного пучка вдоль направления [4]

 

Основная структурная информация, которую можно получить с помощью метода ДОБЭ:

· Во-первых, по яркости и четкости дифракционных рефлексов можно качественно судить о структурном совершенстве поверхности.

· Во-вторых, по проекции обратной решетки может быть восстановлена двумерная решетка поверхности в реальном пространстве. Стоит отметить, что для надежного определения полной двумерной периодичности необходимо получить картины ДОБЭ для нескольких (по крайней мере, двух) азимутальных направлений.

· В-третьих, ДОБЭ используется для количественного структурного анализа, то есть для проверки моделей атомного строений поверхности.

Кроме перечисленных общих возможностей метод ДОБЭ представляет еще несколько дополнительных, которые особенно полезны для изучения роста тонких пленок и для контроля формирования многослойных эпитаксиальных структур:

· Первая дополнительная возможность связана с чувствительностью метода ДОБЭ к шероховатости поверхности, что расширяет набор экспериментальных данных в область третьего измерения. Если на поверхности формируются трехмерные кристаллические островки, то они могут быть сразу обнаружены по появлению новых рефлексов на картине ДОБЭ. Эти рефлексы являются результатом дифракции электронов при прохождении электронов через островки, то есть дифракции «на просвет» рисунке 3.

Рисунок 3 – а – поверхностное рассеяние электронов на поверхности; б – дифракция на просвет через трехмерные островки расположенные на поверхности [4]

 

· Вторая дополнительная возможность обусловлена тем фактом, что в геометрии метода ДОБЭ электронная пушка и экран разнесены достаточно далеко от образца, оставляя пространство перед образцом свободным. Если это пространство использовать для источников напыления, то ДОБЭ может быть использовано для контроля структуры поверхности непосредственно в ходе напыления.