Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время уделяется пристальное внимание исследованиям процессов адсорбции атомов и молекул на поверхности твердых тел. Основными вопросами являются выяснение природы взаимодействия адсорбал а с подложкой, характера адсорбционной связи и механизма формирования границы раздела. Определение типа адсорбционной связи подложка-адсорбат непосредственно связано с исследованием электрогной структуры адсорбциопной системы.
Взаимодействие адсорбированных атомов с адсорбентом приводит к существенным изменениям связанных между собой микро- и макрохарактеристик поверхности: к перераспределению локальной плотности электронных состояний, т.е. к трансформации спектра поверхностных состояний, к реконструкции поверхности, к изменению работы выхода, формы потенциального барьера и т.д..
Наиболее сильные изменения свойств поверхности переходных металлов вызывают субмоносдойные покрытия атомами щелочных и щелочноземельных металлов (ІДМ и ЩЗМ), обладающими большой поляризуемостью и, следовательно, большим диполь ньш моментом.
Лапная тема исследований имеет непосредственное отношение как к фундаментальному, так и прикладному значению для эмиссионной электроники и физики твердого тела.
Наиболее эффективным методом исследования электронных состояний в объеме и поверхности металлов является фотоэлектронная спектроскопия. До настоящего времени для этих целей использовали возбуждение фотоэмиссии поляризованным светом УФ-диапазона. Несмотря на многочисленные попытки, электронные поверхностные состояния (НС), вызываемые адсорбцией ЩМ и ЩЗМ,обнаружены не были.
Для обнаружения этих состояний нами разработана и использована новая фотоэмиссионная методика.
Целями представленной работы являлись:
- Определение характера адсорбционной связи атомов ЩМ и ЩЗМ с металлической подложкой в диапазоне субмо-нослойпых покрытий.
-Установление механизма взаимодействия л— и ;>— поляризованного света с объемом и поверхностью металла и ад-
- 4~ сорбированными покрытиями.
В процессе работы предполагалось:
1. Провести экспериментальные исследования по обнаружению ПС, индуцированных адсорбцией Cs и Ва на грапях монокристаллов W вблизи уровня Ферми (Ер).
2.Разработать высокоэффективную методику фотоэмиссионных исслодоианий спектра ПС, которая включает измерение спектральных, поляризационных, угловых и концентрационных зависимостей пороговой фотоэмиссии (ФЭ).
-
Исследовать векторный фотоэффект (ВФЭ) для металла с адсорбированными субмонослойными покрытиями.
-
Определить энергетическое положение поверхностных зон, индуцированных адсорбцией, и матричного элемента возбуждения поверхностной фотоэмиссии (ПФЭ) в рамках модели пороговой ФЭ с учетом локальной поверхностной зоны и возбуждения ее р— поляризованным светом.
5. Создать установку для проведения фотоэмиссионных
чсследований.
Объекты исследования.
В качестве подложки мы выбрали монокристалл вольфрама с. различными гранями: (100), (ПО) и (111). Выбор W обусловлен тем, что известен его спектр ПС; отработана технология получения атомарно-чистой поверхности и нанесения на нее фиксированных и воспроизводимых пленок адсорбатов.
В качестве адсорбатов мы выбрали Cs и Ва, адсорбция которых вызывает наибольшие изменения работы выхода, т.е., указывает на сильное электронное взаимодействие с подложкой. Адсорбция этих элементов является предметом многосторонних экспериментальных и теоретических исследований, а использование имеет большое прикладное значение.
Научная новизна работы.
1. Разработана новая высокоэффективная методика фо
тозмиссиош-ы . исследований ПС металлов и еубмопослойных
адсорбционных покрытии а пороговой области вблизи Ер. Она
основана на изучении спектральных, угловых и концентраци
онных зависимостей фототока при возбуждении его .5— и р—
поляризованным снегом оптического диапазона.
2. Обнаружено различие механизмов возбужден vu: объем
ней и кочерхное.тной ФЭ. Установлено, что а) объемную ФЭ
вызывают s— поляризованный спет итангепциальная компонента электрического вектора р—поляризованного света; б) ФЭ с ПС вызывает только пормальпая компонента электрического вектора р—света.
3. Впервые обнаружены НС, индуцированные адсорбцией
Cs и Ва на W. В широком диапазоне субмоиослойпых покры
тий изучена трансформация спектра ПС, включая собственные
(СПС) и ипдуцированные адсорбцией (ИПС).
а) Найдена идентичность энергетических зависимостей сдви
гов СПС W(1I0) от концентрации Cs и Ва па поверхности, что
указывает на незначительное влияние электронной конфигура
ции адатомов на спектр СПС.
б) На всех гранях W обнаружено образование одной зоны за
полненных ИПС Сз. В зависимости от копцептрации адсопба га
она расположена в диапазоне энергий 0.1 — 0.4 эВ ниже Вр.
в) Найдено, что адсорбция Ва вызывает образование двух за
полненных зон ИПС: высокоэнергетнческая зона Е «0.1 эВ
наблюдается нри 0.2 < в < 0.6, а низкоэнергетическая зона
Е « 0.8 эВ при 0 > 0.6.
-
Определен ковалентний характер адсорбциопной сннзи при субмонослойных покрытиях Cs и Ва на W .
-
Предложена методика экспресс-анализа адсистем на наличие поверхностных состояний.
-
Предложена методика определения энергетического положения зоны IIС и величины матричного элемента юзбужде-ния ПФЭ в рамках модели пороговой ФЭ с участием локальной поверхностной зоны при возбуждении ее р— светом.
-
Впервые исследован ВФЭ для металлов с. субмонослой-ш.іми покрытиями. Обнаружены аномалии ВФЭ в случае р— поляризованного спета, природа которых объяснена с возбуждением ПС.
Практическая значим >еть работы:
1.Разработана методика исследований электронной структуры адсистем по концентрационным, углопым, спектральным и поляризационным зависимостям пороговой ФЭ. Она применима Для изучения адсорбции 111М и Ш1>М на р;> иіичшлх. металлических и полупроводниковых подложках и разработки чффектппных фотокатодом.
2. Показана возможность определении рабчіїл нмхо/ьз (,?)
адсистем с металлическими подложками по спектральным зависимостям фототока при возбуждении s—поляризованным светом.
3. Предложены методики выделения тока ПФЭ из полного
фО'ГО'ГОКй .
-
Определены энергетические сдвиги зон СПС граней W при адсорбции Сз (Ва) и найдены энергетические параметры зон И НС.
-
Показана высокая эффективность возбуждения ПС светом видимого диапазона, по сравнению с традиционно применяемым ультрафиолетовым облучением.
-
Определен матричный элемент возбуждения ПФЭ.
7. Предложена методика экспресс-анализа на наличие ПС.
На защиту выносятся следующие основные результа
ты работы:
1. Методика исследования ПС металлов и субмонослой-
иых покрытий в пороговой области вблизи Ер. Она основана
а изучении концентрационных, спектральных и угловых зависимостей пороговой ФЭ при возбуждении s— и р— поляризован-, ним светом.
2. Найденные различия в механизмах возбуждения объем
ной ФЭ и ФЭ с ПС: s—сзет и тангенцальная компонента элек
трического вектора р— света вызывает объемную ФЭ. Нор
мальная компонента электрического вектора р— света возбу
ждает эмиссию из ПС (поверхностную фотоэмиссию)
3 Исследования спектров ПС для субмонослойных покрытий Cs и Ва. Обнаружено, что спектр ИПС непосредственно связан с электронной конфигурацией адсорбата, а влияние подложки на него незначительно. Модификация СПС завиєш от 0 адсорбата и практически не зависит от электронной конфигурации адсорбата.
-
Методика определения энергетического положения максимума ЗОНЫ 11 vy.
-
Ковалентный характер адсорбционной, связи при субмо-поглоинмх покрытиях Си и Ва с W.
(і. Исследовании ВФЭ для поверхности металла с адсорбированными субмо.юслойными покрьпиилш. Обнаружена прямая корреляция между величиной ПФЭ її ликалыюй плотно-(чью поверхностных состоянии в адепс гемах. Определенные-
- 7-значения величины матричного элемента НФЭ.
Апробация работы. Результаты работы доложена па следующих Всесоюзных и Международных конференциях, школах и силілозиумах: Всесоюзной школе по физике поверхности (Яремча, 1980 г.); VI и VII Всесоюзных симпозиумах но вторично-электронной , фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии твердого тела (Рязапь, 1986 г.; Ташкент, 1990 г.); XX и XXI Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Киев, 1987 г. ; Ленинград, 1991 г.); Всесоюзной конференции по диагностике поверхности (Каунас, 198(5 г.); VII Всесоюзной конференции по взаимодействию оптического излучения с веществом (Ленипград, 1988 г.); XX Всесоюзном съезде по спектроскопии (Киев, 1988 г.); Всесоюзной конференции "Поверхность-89" (Черноголовка, 1989 г.); 10th European conference он surface science (Италия, Болопья, 1988 г.); 1st International conference "Physics of low-dimensional .structures" (Россия, Черноголовка, 1993 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликованы 8 статей, и тезисы 12 докладов в сборниках трудов различных конференций и симпозиумов.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, пять глав, краткие выводы и список цитированной литературы. Она содержит 140 страниц машинописного текста, 45 рисунков и 3 таблицы. В списке цитированной литературы 112 наименований.
