Введение к работе
Актуальность те;,лч. В сэязл с валпостыэ инфордлінн! о (Ілздко-хжіческдх сдоііствах поверхностей твердах тол (ІПЇ) интенсивно развиваются кзтоди ддагкостикл П'Гї, давше сзедешія об отмечєпшдс свойствах на ато:.:арно.\: уровне. Подобная кні;ор:.:ац::я дтлоег чрезвычайную ценность как для (:ундз:,:ентадьннх, так її прдгеладних рабст в області: егдзпческод электроники, сдзігкд поверхности, гетерсгеїіного каталлза, полупроводндковігх технологи!! а др.
Суцастзует цеяпд когділсг.с і.:егодоз олектроппод спектроскопия, которое позволядт получать своде'лдя об элег.ентпом составе, олект-ронноіі и кристаллической структуре, днна.'дяеекиос свойствах атоі.газ приповерхностной области твердих тел (ТІ). ет исследования электронной структури приповерхностной области твердих тел перспективна.: является хспользсіаігнз'' спектроскопии кедлешікх вторичных электронов с углевкл разреденнел (СУ.ЗЭУ?); основним нсточшнко:,: днЪорг.-ации з это:,: виде спектроскопии является энергетические і: пространственнее распределение гждленніп; вторичккх электронов СШЗ).
Большкстзо лктературндх дапни: свидетельствует о тон, что реаак'іуг. роль б фор.'.кровапии тонной структури (ТС) спектров :,233 с угловкм разрешением играет зонная струїстурз (ЗО ПЇТ. Однако, до с::х пор С'ЗЗУР использовалась для получения сведения о незаполненные электронна СССТ05ПГ.ГК, лєделад: до пкаяе знергнД еішє уроки вакууі.-д, т. є. при значениях энергии > 4...5 эЗ относительно уровня Фортд:. іірл зтіх значениях знорп:п зонная днзграгдда ю/.еет сдокікую структуру л іса::ліая особенность на спектрах 13Э формируется за ечот вкладов цедсі'о ряда ветвей ЗО. Кроме того, эти особенности сильно унпрзпы за счет исічіругих взаимодействий электродов.
Б связи с отим представляется тадп:::.: исследовать методо;.: Сі.ЗЗУ? более низколеиздипі энергетический диапазон зонпел диаграммы, где появляется возможность зслднревалія отдельная еєтвєй ЗО, а уккренле особенностей спектров за счет кеупругкх взаимодействии в этом случае незначительно. Для 'отого необходимо применить метод для вецеста с пошгдешюЗ работе"; ккода, регистрируя эмлттируемке електрони саіяж малих энергии ( І оЗ).
' ІїредельккГі случай веществ с гіоісіпхскноіі работой выхода, для которых возможна змгеспя кз сакле юпхнкх г.знзшкукоз зоны г.розо- -диг.остз:, предстазлязт пслуирозодззикн с отрицательным эяектроннш сродством (ОЗС), для которих подобный эксперимент і.зог бн внести ясность в поннз.анззэ геханизшв эмиссии терпализовакных электронов, имевших энергии < I зВ.
Эхсперзн/енты в области таких ігизких эяерпй: требуют совер-ганетвсвакид методик регистрации спектров МВЭ, а также анализа других механизмов, влияхгах ка формирование ТС энергетических л углових распределений эниттируешх электронов, в частности , неоднородности распределен::.1; потенциала по псследуешй поверхности. Следует ответить, что идя рецензія поставленных задач регистрация спектров должна производиться с высоким угловым и энергетическим разрешением, что накладывает особые требования к энерго-анализкрумзіда системам.
Решение вывеотмеченкых проблем представляется важным не только для развития теорий электронной эшссии кз полупроводников с ОЭС, но и для совершенствования экспериментальной базы для диагностики ПТТ, в частности, для С?,ЭЭУР.
Цели работ;-;. I. Создание экспериментальной установки для спектроскопи)! медленных фото- л вторичных злсзстроков с одновременным разрешением по энергии зі углу в области сверхнизких ( I эЗ) энергии для систем у.етадд - адсорбат it полупроводников с ОЗС.
-
Реатазацкя новой энергоанаяпззгруюцей систег.аг для СМьЭУР в широком диапазоне энергий (0,02 - ІЬОО оВ).
-
Изучение влиянзія на формирование энергетических и угловых распределений 1ДВЭ:
а) потенциального рельефа поверхности;
б) хода потенциала в приповерхностной области на примере
систем металл - адсорбат и полупроводников о ОЭС.
4. Уточнение на основе спектроскопии кеяленннх вторинних
электронов (СИВЭ) с одновременным разрешешіе:.! по онергпи и углу
механизма эмиссии териализовакннх электронов з:з GqA^- с ОЭС.
Научная новизна паботя. I, Впервые сконструирован и иуго-товлен ыодкХищфованлый энергоанализатор (ЫЗЛ) потоков заряжешгах
;
частиц на основе поля с идеально;: іпокуснроьлой в плоскости снгл.іет-ркл (КОЖ), которкн обладает ві:сскиг;д йскуаїїрукдд.Д и дкепергп-ругащжц свойства:,:;:. Гродсу.опстрдровапа его ддеодая э.Тсектнглостъ для применения в фото- и вторично-элсктроннс;: спектроскоп;::: с угловым разрешение:: в Еглроко:.! диапазоне энергии начиная с 0,С2 эЗ.
-
Проведенії коделъппе расчеты и ЗЕСперипекталвноз исследование влияния неоднородности поверхностного пстеїдднола ка спектры ШЭ с угловым разре-лекне::. Показано, что наличие поеднородностей потенциала поверхности приводит к возникновению характерній особенностей как на энерге'пгчееднх, так и ка угловых распределение: ?,33.'
-
Развита і,:сделвнь:с представления о воз::о?лікх !.:еханпз:.-:ах форглировандя углових распределений терд.адизоБапннх электронов, оїлиттиронанньсе из полупроведлдпеов с ОЭС.
-
Впервые проведень; эксперпгленталънне исследования спектров фотоэлектронов, омиттароваг.ішс полудрозодншеовьяд: ОЕС—з:.с:ттерз:д2,
с одновременна: разрешение;.: по углу д энергии.
5. На основе анализа г.олученякх зкепержентальпкх угловпх
и энергетических распределен:::"; тергллдзозалкгд электронов из
с 02С предложена модель, предполагащая ксгерентнуэ еялиссио из Г-глишплуїла зоны проводимости, дійкугігое рассеяние в слез адсорба-та и ограничение углов эмдсии неоднородным поверхностным потенциал ыши барьере:,:.
1. Конструкция Ї.2А, обеспечкваюдая следушдке параметри:
а) дисперсия В = 12; б) энергетическое разрешение ^Е/Е = 0,05 ; в) размеры - 65 х 65 х 60 гл.:; г) і.яшп/дльное угловое разресеїме 0,5, каксылальнидт диапазон углов глета 10; д) тлишнлальная энергия пролета < 20 г,;эВ.
-
Экспериментальная установка, позволяющая регистрировать спектры фото- и вторичньк электронов, эмптгпруемкх с поверхкостк ОЭС-катодов с одноврерзшпал разрешение:,: по энергиям и углам.
-
Интенсивность эписонп терілалпзовашшх. электронов определенной энергии, эмитируемых дз GaAs": Cs : 0 с ОЭС ыонотокпо спадает с увеличением угла внлета относительно коркалп к поверх-
-ности. Полуширина углового распределения растет от «15 при
^энергии электронов Е *»0 эЗ 7.0 «40 при Е «О,о эЗ. Зависимость' угловой сирины от энергии ослабляется при уменьшении абсолютного значенім оффектпвиого отрицательного электронного сродства (Х,,^),
4. Спектры тер:,"длпзоватікх электронов из Qaft,Sf : Cs : 0 "" формируется в результате когерентно:! эмиссии из зо:ш проводимости Go.f\s, с:::х*:узкого рассеякил части одектренов в неупорядоченном адслое к влияния угловой вавпсн:*.ссгк пронндае:.:остх поверхностного потенциального барьера.
5. Неоднородности потенциала І17Г приводят к сокускровке змиттпруеглх г.гєдленяга электронов определенных анергии вблизи определенно; углов, что вызывает характернее особенности в энергетических и угловых спектрах !.ЗЭ (эти результаты получены на Сазе г.одедьних расчетов и дсдтЕеркдепц окспергл/.енталькует дак-ньпяі)
№^ЖетДркая:.іиенность,р^^рту,
1. Сконструированный к изготовленный в данной работе экерго-
аналкзатор потоков заряженных частиц. ОлЗЛ) ::;.:еет больше преиму
щества с точки зрения его практического пригленеипя. Ексогле фзку-
енрукцпе и диспергирующие свойства данного анализатора, (приведен
ная дисперсия - J}= 12, энергетическое разрешение &1УВ0 -
= 0,05 %) позволяют говорить о перспективности его испсльзоваіВія для целей диагностики поверхности кетода:.в: фото- и вторично-злектроішоі: спектроскопии с внеоккк угловки и энергетическим разрешением. Еамеяа сдохжцх по пвр:.зд подезадакехх электродов анализатора на основе поля с ІКПС на более простые конфигурации существенно уцроцает технологию его изготовления, а таюке позволяет применять технологически приемн, делажас его -пригодны;.: дал регистрации электронов очень низких энергии ( <1 эВ),
2. Показано, что неоднородности поверхностного потенциала
приводят к появлению характерних осооенностей на спектрах МЗЭ,
Полученные результаты позволяют избегать локноїі интерпретации
экспериментальннх даншіх. Особенности в энергетических и угловых
спектрах могут служить тестой на потенциальную однородность
поверхности. Обнаруг/.екньй эффект фокусировки 1.1ВЭ ткет бить ис
пользован для получения моноэнергетичееккх пучков медленных
__электронов.
'4
3. йа ссдэтандд детального дсслсдоваїпля онерготдчесісіх л утло бік распредсяеіпііі зкітафОБЗлшах злеатронов для сясте'.лд GOf\S-Cs- 0 , дкдадсй большой лрактдческлд интерес, разздтн модельные представления о і,:оха;тз:.:г о:.слсс::д ::з этдх з:,т:ттеров.
Дтпсбапдя габат-г. Результат;:, дзлог.снякэ з диссертационной работе:, докладдвалдсъ к ебсугдалдсъ на УП Всесоюзно:.: сіддозиугле "Втордчно-электронная, фотоэлектронная о:д:сслл л спектроскопия поверхности твердого тела" (Таїдеиз, ,1900 г.), XXI Всесоюзной конференддн по зг.атссиокнол элсктро:п:ке (Ленкпград, I9S0 г.), научных се:.г,;карах кафедры едздческой следтро-.гдкд ЛГГУ і: каучіїїдс се:.с:карах "Гіройлег.п физической одснтроі-пікп" з До:.:е ученых в Лесном (Санкт-Петербург).
Структура д об-^е;: ддоесустад::". Длссертаддя состоит і:з введения, четырех глаз, заїтдзчепяя'д списка цдтдрованкод литературы, содердпт ІЄ0 страддц текста, 50 рдсукг.ов. Список литература содерггл? 77 над:.;снодашй.
ССНОЗпОЗ СОДЕЕїіІЕЗ КВОТЫ.
Во р.веде?дзі обоснована антуадьность тс;, и, сфор;,гул:грована цели работы, научная новизна лодучек-дд; результатов, ю-; практическая ценность, основные задддас:.-ае доло;:;ендя.
В певвоу; главе содержится сбзор лктературндх даикдх, з котором излагаются различные г.едандзм-і, вддтадне на форддрованде спектров ШЭ о урловіл.і разрешение;.;. Подавана парспедтдЕность использования г.стоддкл СГ'.ЗЭУ? для дсследованші саі.'.ого шгзкоэнер— гетзческого диапазона зоннод дяагра;,сл прд регистрации электронов сверхнизких энергии (1 зВ). В связи с эт;д; во второй частл главы проведено рассмотрение свойств г.елтдроводддкоьдд ОсС-ог.пттеров^ і«ак самого подходящего объекта для подобных исследований. Третья часть глави посвяпена анализу некотордд г.е;саппзг.:оз, елзілнтж на форшровакке углодмх і: опергстнчсекнд распределен".:;! зледтронов
'самых калых энергии ( І зі!). 1 основаній; анализа литературных
данных сформированы- задача рас:^тк. * - .
Зторап глава г.освлцена рассу.отрешпэ скергоапалпзярующей системы, сконструированной к изготовленной з процессе данной работы, которая позволяла регистрировать утлого и о.:оргетлческие распределения ;.ЗЭ с висою".; уг.Гувшл (0,5) к энергетическим (0,05 %) разрешение!.!.
Для решения задач, сфорг.уднрованкнх в предыдущей главо, ка первом этапе работк был изготовлен полусферический сеточный анализатор с датчиком, расподо:-:;еккх: за отверстием в коллекторе. Однако такой анализатор имеет ряд существенных недостатков. В частности, о;.піссия третпчних олентронов с сеток, а такке рассеяние вторичных электронов і:з неодиородностях потенцхала ячеек сетки, создавай;: трудности при регистрации энергетических и пространственных распределений !,ЗЭ сверхнизких. энергий. В начале главы приведены результати расчетов, которые показывают, что рассеяние МВЭ на неодиородностях потенциала ячеек сетки моает привести к суцеивенно.чу ксканегш» их угловых распределений.
В связи с огам была поставлена задача создания спектрометра, свободного ст вышеуказанных недостатков. Б настоящей работе впервые бкл реализован и экспериментально исследован моднфкциро-ванный энергоанализатор на основе поля с идеальной фокусировкой в плоскости симметрии (рис.1). Разделы 2.3 и 2.4 посвящены анализу дисперсионных к фокусирующих свойств электростатического поля с ШІС, рассмотрены возможности выноса источника и изображения за пределы поля и упрощения форш эквипотенциален.
Анализируется впракение для потенциала в плоскости симметрии.
т,« ч - sh2^Trx -віпгтту
Ч'СХ.у) - (Ch2Tfx + СО$2їту)2- ' ш
Дисперсия поля (І) в плоскости симметрии зависит от угла 8 ввода пучка относительно оси 2 :
D =0.5cos"a8 . (2)
Идеальность фокусирующих свойств поля заключается в том, что _ электрон, обладающий единичной энергией, вылетевший из источника,
б . :
Рисі. Црглципдадълая cxe.va дисперсионного скерго-акалдз'атсра !1\"STG с
ЕинесеїІННЛ І'.СТОЧІгІЛКГЛ
І л лэобракзллеи 2.
расположенного ііи оси Е , под любым углем 0 <8 Далее рассмотрен:; услоЕГл объе;,~гал фокусдровіаі при г.озкачи-тачьном отклонєніпї траекторий от плоскости сг.гл,:гтр::л. В литературе ислестек ряд электростатически;: зкерг/оаколиза-торов с плоскостью с:::л,:стр::::, сблзда'хдіх з этол плоскості: зксокп-г.лі дисперслсяішгл: сг.оі;стбп:л:. Недостатком таклл а:іалі:затсроз является кеві;со:;ая езетселла (так ко, как и з І'.ЗХ), а в некоторых случаях и то обстоятельство, что входная дп.-к-раггл. 'находится в області: сильного лол.і..Г.!ЗЛ отлкчаетея от них язшторкіді особенностям. Во-первых, идеальная (рокусхроЕКЯ з плоскости с;::л.:стрдіі ко:;:ст в некоторой степгкл когленслрогать недостаток, связагсшО с ограничением по свстосклс по сраы:еш::-о о азл:.утг-льі:о-сі:гт:отр;гіі~ нкілі структура;.-:. Бс-втср-д, пр;: практической реалязагалі ду.спер-сконно;і системі па сечове поля с ПРПС в Г.ІОА полезадазгда электрода:.! придается более простая tjopr.-.a, в результате чего источник и изображение сказывается ві:к-зоєіі:їі:т."і за преданы поля. Практическая реализация п детальное экспериментальное кеследог-анде рабочих характеристик такого анализатора вперьис выполнены в процессе, данпол работы. для ігродотзрсдетія влияния внешнего г.-агиглюго псл.я олергоакзлкздрунрал часть сг.ектрокетра помскепа внутри дт.ойлого перг.аллоепото зкраля, а г.со элементы конструкции кзготовлекн г.з пгл.'лгдлтз&сс :,:ітєг;кілов. Оетаточнкс электрические поля- оіерзклрогалксь с по:.:ог;чо специально!' входноіі злектропно-олтичсег.сл слстоі.-.н. Эта электронная "оптика" при энергоанализатор ка базе поля с 7.QZ0, оОладаа^;:л гысоки.а э;сс-плуатационкьгги качествам: в пкрокок диапазоне анергії': аналпзп-руекас частиц (0,02...І5СО оЗ). В i третье? глппе дан анализ влияния неоднсродноотеі; потенциала поверхности на энергетические л углогкз распределения МВЭ. Рассмотрена модельная поверхность с "гойенрованніл.:" потенциалом.- ip(x,y) = /\e~aycosax , о) где у - координата, совпадающая с нормалью к поверхности, ах- координата, отсчитываемая в плоскости поверхности.' Методом їунге~І<утта рассчитывались траектории электронов, эмкгтнроззанких под рааличныгл: углаю; к поверхности кз точек, соответствующие гашю/уму, гаккхуму и кула потенциала (3). Далее устанавливалась вааил'.освязь мжду углей огаюсж В-( в плоскости ХОУ а углом регистрации 92 , изперяклил с помощью анализатора, расположенного ка расстоянии R , значительно ,превышающем характерную длину изменения потенциала (І). Лкалкз '8 . ' ' й:с.2. ІЬлалкїлл угас- i\(W),f ток расчскгд ПР-ЕД э;;ергет::ческ;л; распределен:;;! запасе "л то":сі, получен:::::! рэгуллтлтсз сзддетельса'вус? о СІІТЬ- нс;.; зл::я;::::і поїсш^єуть- кого релі.о:Тл пслерлдоаіг. ка їраол'горлл слзпіролоз :.:аллх знорглл, что ?.:е:?.2Т ігрпзеог:: л пеяллсллл . .р> гкрлхтерллл ссобс:;::ссїе.: 0 2 'і ка утлою: :: онергегдчос- :і;зс р2.спродело:;:;лл 133. іі "ac';:;occ, прэдсг.асак ров;а:" олекгрсі:еі. і;од;лл; перл/ллл ь: довердлсс?::, суя-.скі;г> углоьсго рл~ пределе:::: л ололидзлоз ::лз::д пояклэнглэ з соо7лзгсТ"р;:ссл сД^іс?:: слолїра ;:;;тс ПЛІ'іЛ ' Эг:: особеннее?;: прдсутстер.-лт де. спедеред, і исходного, углогого рз.оі:редсде:;:д: гелер. пр;зодддле к : опзргхі. д д неллкого ;: услсого ессддгдлкед. для F(6) ~ cos8 дпеокод: :лддд cry F(E) ~ характерно:: дхл троноп 033). Енс.З. Эхсперпмектадь-ные спектры МВЭ, ЕОЛуЧСИКЫе ДЛЯ системы Ul(IOO) - On. полученные энергетические распределения 1.ЮЭ для случая гі.пзссип из тачки, соответствующей кахсщгіїу потенциала (3), приведены ка рис.2. . Результаты расчетев сопоставлены с экспериментальный: данкш.и по вторично-олектрояной спектроскопии о угловим разрешением для системы W(ICO) - О2» Воздействие достаточно интенсивного электронного пучка ( j г* г*1[Г^ А/см ) вызывает электрошо-стзаудпрованную десорбцию части кислородного покрытия. В результате эмиссия вторичных' электронов происходит из области с пониженной работоіі выхода. Низкоо-нергити-ческая часть спектров при этом качественно описывается г.хщельнш расчетом для .эмиссии из области высокого потенциала (рис.3). Представленные результаты позволяют выделить интервал!! углов и анергий регистрации электронов, для которых отг.ечешше эффекты могут повлиять на результаты измерений, а такке оценить характер этого влияния, Искаг.ения энергетических спектров с угловым разрешением за счет влияния потенциального рельефа поверхности влеют весьма характерный вид и їлогут являться тестом на однородность поверхности. Наконец, представляется заслугпвавпдк вкн:.:ан::я ііакт формирования под воздействием потенциального рельефа поверхности моноэнергетических групп электронов в огліттируемом потоке. Четвертая глава посзящена исследованию энергетических и пространственных распределений эклттпроззнних. электронов для системы Gufts- Cs-0 . на основе анализа которих предложена і.:одать, предполагающая когерентную экиссию из Г-гллщп-угз зони проводимости, сдвинутого вниз по скале энергий на «0,37 эВ относительно 10 : дна зоны проводимости в объеме полупроводника, диффузное рассеяние в слое адсорбата и энергетическую зависимость ширины УР, связанную о угловой и энергетической зависимостью функции проницаемости потенциального барьера в сдое адсорбата. Вое экспериментальные исследования проводились з установке, созданной на базе свернвксокоБакуут.шод каі:ери из иер:хавеюцей сталі:, снабкєшюіі средствами откачки, обеспечквакшдаи рабочий вакуум не хуз:е о КГ тора. Энергетические л угловые распределения эмиттированных электронов измерялись с иокощью дисперсионного анализатора, сконструированного к изготовленного в процессе данной работы. Для устранения влияния остаточних магнитных полей, все излы эхеперикентачьной установки изготовлены аз немагнитных материалов и расположены внутри двойного пергаллоевого экрана. Обработка образцов в вакууме с целью реализации на кх поверхности условия 02С начиналась о очистки поверхности прогревом до температури, близкой к температуре неконгруонтного кспарекия. Условия ОЗС добивались известным методом поочередного нанесения на поверхность атомов цезия л кислорода до получения максимума фоточувствителькооти. Как уке отмечалось в предыдущих главах, неоднородность распределения потенциала вдоль поверхности образца может оказывать существенное влияние на фор:дірование угловых и энергетических распредєлешгі: з:»2ітті:русі.жх электронов гллых энергий. В связи с этим в работе при каждом цикле измерений проводился контроль состояния поверхности на потенциальную однородность по распределению фоточувствительности по поверхности образца. Изменение фоточувствительности составляло порядка 10...20 %, что соответствовало разности работы выхода < 30 мэВ. Такие изменения поверхностного потенциала не должны оказывать заметного влияния на спектры фотоолектронов. . В главе 3 было показано, что наличие неоднородностей потенциала долгшо приводить к появлению характерных особенностей на угловых и энергетических распределениях электронов в области калнх энергии. Однако, такие особенности отсутствуют на экспери-ілентальннх спектрах. Это позволяет сделать вывод о том, что неоднородности потенциала поверхности не играют определяющей роли в формшхжанки нсследуемнх спектров фотоэлектронов. П. Ооъедтогл псслєдсдаїаді в работе являлись эл2:та^с:-:альные-пленки p-Quf\S с хоїдіептрацлеіі лсгдруюдс-;: прддзсд N0= 5 I013 с;л~3. Получение одаргетлдескде распределен::..! торддллзйзанддх отоолек-троноз, ом:гт;грог2:і:пзс с эгдд додерхносте;;, подрдтдх атсдазд:, цездя ;: кдслорода, подаздоаде хорошее седдаедо с лдторатурдідої дакнідді. Осдодкоо вдлдандо пр;і деслододаддла удолділось пзучекдя У? а:д:т?дрсЕанідд<: одедтредов определенно!': эдэргдд. Іддекгкде угла регдетраддд прд о том ооудэетдлллось :гсд дс:.:с;л: тгдлпуллтора. Подучонкдз У? подаздаадг, дсо тердолдзозаплде оледтродд О!,—т"7.ру:зт з узкдїі дснус, ддрдда доторото уіддиддотся с удоньде-іс:ем здергдд. Поснодъду д ддтораттро расчета У? олекгродед :30::001::-:11:0:1 зїіорі"^:, о:л.ттдруе:.д:д дз СїС^отсдатодз, отсутствует, то деоахо-дддо сделать одендд дстд Cl; для некоторых 'Предельных случаев, которое іїз требует з;дд:сдскдд, сддза:п:кх с оададде;,1; доддретддд глехаддздод реладсацгл; в прддсве-рхдооїдсі; петепдладдно:! яде. В связи с г:;:;.: s настояне;'; работе дро::сде:-далалдз воедедндх УР электронов раглдчддд одергд;: для косколаддх дарлантоз процесса сддссїід. Іддд рассиотредд; едоду.седо ррадслзг.иг слулад: а) отсутстзде рассєякді оледтронсв; б) полная радаксаддл іддулдса елєдтродод в обдастд прострадстзеддого зарлда (0:3); б) одлеодл до состояли размерного кдантодахдя псв';р:а:остндд подзол.-В- пооледпг:,; случае углозое распределено. С;стоодс:-;трої;оз определяется ддедоредондил задодод. для подоонд, a дрдреда расседдд-ї з педзеду деоудестдекда. В перзод случае додерла1 ::з їого, что «лодтдолд, тер.дадкзо-Еакнкз в Г-годддудз оон:-.: дрододддоотд, і:с педдтпвадт расседкді в обдаст:: дзддо'а'оод і: содрадлдт кспор'лтуэ сосгадддддтуд ддазд--кдпульса одектродов' Kt, преодедодая педерддооть і:слудрододд::да. &і'Х"5роиц;:аль::ое углсьоз распрадедонде дня отого случал г.дсет вдд: ^ -const е-5^ ЦсозЄ , . .(3) где j - плотность сода еллдседх; Q - доллудіа: угол, Q - тєлесіддд угод ейора одеі:трс:к»; % - сфГ.одтдздзе сродство : электроду (?аа-дость !.:сдду едетддддд: уроглдя: тадууда к дка- года дрододхдоста з ГРЯД.! I -X к = -0,25эЗ; ад ;ic.4. Загдспкость предельного угла ггліссігд от относительной экерг;:л олсктрснов . = - % го ю О, 25 оЗ. объеме); 2 - онерпія электронов, отс-п:твзае?.:ая от дна зоні; проводимости в объеме. Е/ІХІ Как екдно г.з (3), угловое распределение икеет коеднусопдадьную форму, однако, ::з-за условия преломления на грашще раздела ТТ -вакуум это распределение ограничено некоторкл углом 80 , равным: 80 = arcsin\ где т*- оуйектазная т.-деса элсктрокоз в Г-кишгмуме, пч - касса свободного электрона. Предельны!: угол 90 растет с увеличением знергхч В, остазаясь кеяьсе веллчпнн Qrcsin І m */m' = 14,8 (pv.c.4, кривая I). При % = -0,25 эВ, E = 2 кТ, значение 8о составляет 6. Зслк длина релаксации импульса шого меньше ширины ОПЗ, то сюрмудк (3) и (4) остаются з силе, однако величина Х- принимает цію:: :. При выгоде (3) и (4) используется закон сохранения К^. Но в рассматриваемом скучав электроны когут изменять. К-t в ОПЗ, так что угол омкссіпі электрона определяется его Kty самой поверхности., "лкстшальншх величина Kt определяется теперь энергией электрона относительно дна зона прогоджостк на поверхности. Поотому величина X и (3) it (4) равна теперь разнице энергий уровня ваісууглл к дна зоны проводимости на поверхности полупроводника, т. с, цстинкоцу электрошоку сродству, которое, в отличие от эффективного сродства (ат/чай (а)), поло.кктедько. Предельный угол эмиссии будет уыеныатъся с ростом 3 к стремиться к ток гее величине 14,8, ко со стороны болъкпх значении Q0 (рис 4, кривая 2). Литературные даннпе, а также гксперптлептальппе результаты . данной работы, показшзавт, что їлахспі.ум энергетического распределения теркалпзозанках з Г-гдтшкугло фотоэлектронов сдвинут на 130 глэВ вниз по "шкале энергии. Лдк объяснения этого 'явления приходится либо дрєдполокпть наличке более элективного, чей известные до сих пор, мехакизіла раоссяга:я в 0І13, либо допустить, что длина, на которой элсктронп могут терять энергию, значительно превосходит іскрину ОПЗ. Последки;'; случай реализуется при наличии сильного отражения электронов на поверхности л захвата их в приповерхностную погенциалыгув язлу. Квантование энергии перпендикулярного поверхности дзнкзккя электронов в этой ялле приводит к появлении двумерных позерхлесткьх подзон с законе; дисперсии Е - Е.+ Ш . где Е0 - энергия дна подзонн. ассктрон с определенное энергией в подзоне к:.:еет фиксированное значение К^ , к, следовательно, эмитируется под строго определен:!!':.': углом,- задаваегад; йорглулок (I) (з этом.случае Е- энергия електрона, отсчхтиваекая от дна подзоны, а % ~ энергетически": зазор глекду уровнем вакуугла к дном подзоны). Отметим, что этот результат не'зависит от глеха-низма релаксации электрона в подзоне. Последняя часть глави посвящена анализу экспергсленталкшх результатов по У? терглалпзованкнх'слеркгроноз фиксированной энергии, эюттпрозашиэ: с поверхности GcsA^c ОЭ0, г.оторкн показывает, что пространственные распределения фотоэлектронов формируются за счет когерентно эшттпропашплх из Р-;ллнп:лу;ла зони проволишетп и диффузно рассеяішцх в слое адсорбата электронов. Угловая ширина как для котерентных* угол эглхеспи для которых определяется на' половине высоты УР, так и для кекогерентякх электронов уменьшается с угленыиенкец энергии, (рис.5, а и б, соответственно). Дисперсионная зависимость Е{ Ки) для когерентних электронов хорош А- 1 о- 2 х-3 о-4 д- 5 а- 6 9l/2 ГРЯД. Б) Оя2»_ . с*,... 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0,6 Е, эВ Рис. 5. Зависимость максимального утла омиссігл для диффузно рассеянных в слоо адсорбатй (а) к когерентно эмитти-роЕйнянх (б) электронов от энергии Е. 1 н 2 - ^эсй. = ->22 эВ: 3 - ->30 эВ; 4 - -0,32 эВ; совпадает с дисперсией Г-глінкмума зоны проводимости с учетом эффективной кассы и непараболичности зоны (рис.6). Для случая отрицательного сродства при разных значениях работы выхода экспериментальные точки хорош ложатся па дисперсию Г-шнимума, сдвинутого по шкале энергий вниз на »0,37 эВ относительно дна зоны проводимости в объеме полупроводника. Этот экспериментальный -'" результат означает, что либо загиб зон меньше, чем величана, известная в литературе, либо в 01В существует зона размерного квантования, ниже дна которой электроны не могут опускаться. Из этой зоны и монет происходить эмиссия электронов в вакуум. Согласно модельным расчетам, при эмиссии электронов с квантовых подзон на УР долины наблюдаться характерные особенности, которые не были обнаружены, что свидетельствует об отсутствии хорошо Е-Е. Рис.6. Зависимости E( K„) для групп когерентно эглнт-ткрозакнкх фотоэлектронов с поверхности GnAtf-C^- 0 при разных состояниях поверхности. -ХЭ(у1ф = +0.С5 эЗ; - -0,10 03; 3 - -0,22 эВ; 4 - -0,22 эВ; 5 - -0,30 эВ; 6 - -0,37 03; 7 - дисперсия з зоне вираженню; квантовых подзон. 1-0L l -^к——~пъ Отсутствие структури ка УР, О UJ 20 к.,,10" А4 а также несоответствие экспериментального значения дна зоны с раечетнкл міергетпческкї.і пояснением дна нккней подзоны даяно объяснить тем, что поверхностная потенциальная яі/а не гладкая, так как в приповерхностной области распределение потенциала неоднородно из-за дискретности расположения акцепторов, а на са;.:о:і поверхности потенциал неоднороден. Калинке этого эффекта приводит к "размена" подзон, в результате чего нижний энергетический уровень оказывается значительно ниже, чем дно подзоны, предсказываемое в литературе. Из рисунков 5 и 6 видно, 'что при укеньсенпи энергии аміттк-руеыых электронов прок сходім ограничение зг.зіссик но углаї.! вилета. Этот эффект можно объяснить, предположив наличие про;с,ехуточнаго потенциального барьера (1ІІІБ) в слое адсорбата, функция проницаемости которого зависит от энергии и угла о:.з:сс;ш электронов. Эту функцию качественно описать с ногдзцъя модельного прямоугольного потенциального барьера. Зависимость коэйркдкента прохождения такого барьера высотой Vo = 0,25 оВ и шириной 16 Я для нескольких значений энергии, приведена на рис.7, из которого видно сильное ограничение по углам шлесии электронов малых энергии. 16 , 0.5- Pre. 7. 2азкскі.:ость ко?::-цлента прохождения электронов черзз прямоугольник по-теїіднадьпкіі барьер (пі:рі:і:о:і 16 8 л гксо'20,1 \j0 = 0,25 эВ) от угла г;.:дс.с;:и электронов. - Е = 0,20 o'J; - 0, 25 оЬ; - 0,30 эВ; - 0,40 оЗ; ; 5-0,50 эЗ. Таким образе:.:, в резуль рованн следукідле кехандвкы (їор:.-фовяшія угловых и энергетических распределен;:!: тер:.:аливованкнх электронов, оптированных из полупроводников с ОЗС: когерентная эмиссия электронов из Г-юкнлкума, сдвинутого ка с^0,37 зВ нике дна зоны проводимости в объеме полу-проводнжа; диекузкое рассеяние в слое адсорбата и ограничение эмиссии низко энергегичных электронов по углам вылета проницае-иостью ІШБ, существугацего в слое адсорбата. Результаты, свидетель ствукхцие о наличии четко внракеншос подзон размерного квантования в ШЯ, не обнаружены.
(4)
оксо раг
рало з в::д;
(W-V/
(5)
длорллошегл.енледелероч
т* Е' m 'Е-Х
(?)
5 - -0,3? эВ;*6 - +0,04 эВ.
проводимости полупро
водника .
тате анализа полученных резудь- Q / 20 30 ^чО 50 60 70 8,
татоз обнаружены и проаналкзЕ- ГРЯД.Похожие диссертации на Механизм формирования энергетических и угловых распределений эмиттированных электронов очень низких энергий
