Послойный анализ углеводородных покрытий на основе спектроскопии отраженных электронов
Метод анализа водорода в конструкционных материалах реакторов. Расшифровка энергетических спектров электронов, отраженных от данного образца. Анализ слоев аморфного гидрогенизированного углерода, нанесенных на поверхность монокристаллического кремния.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 02.11.2018 |
Размер файла | 607,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Московский энергетический институт (технический университет)
Послойный анализ углеводородных покрытий на основе спектроскопии отраженных электронов
Афанасьев В.П., Батраков А.А., Лубенченко А.В.
Основное содержание исследования
Измерение послойных профилей изотопов водорода в материалах традиционно выполнялось методом быстрых атомов отдачи [1] или методом ядерных реакций [2]. В настоящей работе предлагается метод анализа водорода в конструкционных материалах реакторов, основанный на расшифровке энергетических спектров электронов отраженных от исследуемого образца. Предлагаемый метод обладает значительной простотой реализации, данный метод возможно реализовать на серийно выпускаемом аналитическом оборудовании (оборудование для измерения спектров Оже-электронов и характеристических потерь энергии электронов). В то же время методы [1] и [2] реализуются на уникальном оборудовании.
В данной работе, измерения энергетических спектров электронов проводились на электронном стенде кафедры ОФ и ЯС МЭИ (ТУ). Особенностью стенда является относительно низкое энергетическое разрешение используемого сферического энергоанализатора, что сокращает время записи энергетических спектров. В установке предусмотрена чистка поверхности ионами аргона с энергией 5 кэВ.
В данной работе возможности метода иллюстрируются на примере анализа слоев аморфного гидрогенизированного углерода, нанесенных на поверхность монокристаллического кремния. Эксперименты по осаждению проводились в генераторе плазмы с продольным магнитным полем PSI-2 (Max-Plank Institute of Plasma Physics, Germany). Кремниевые подложки закреплялись на охлаждаемом держателе, который устанавливался в центральной части камеры дрейфа длиной 1 м и диаметром 0.4 м. Во время разряда в аргоне на оси камеры формировался плазменный столб диаметром 6 - 8 см. Держатель располагался в 5 см от края плазменного столба. С противоположной стороны плазменного столба располагалась трубочка, через которую вводился этилен и водород. В данных условиях рост пленок на подложках в основном обеспечивался поступлением на ее поверхность нейтральных радикалов, продуктов разложения этилена. Конечная структура пленок определялась соотношением потоков углерода и атомарного водорода.
Было проделано несколько серий экспериментов с разной энергией зондирующего пучка на экспериментальной установке кафедры ОФиЯС МЭИ (ТУ).
Используя метод определения теоретического спектра, описанный в работе [3], была написана программа по получению теоретического спектра и построения послойного профиля. С помощью данной программы были построены модельные сетки по стехиометрическому коэффициенту X в углеводороде СНх и представлены на рис.1.
Рис 1. Экспериментальные и теоретические спектры отраженных электронов с начальной энергией 5 кэВ. Модельная сетка по стехиометрическому коэффициенту
По предварительным данным об исследуемых образцах известно, что толщина слоя углеводорода составляет около 100 нм. Поэтому сетка по стехиометрическому коэффициенту была построена для однородного слоя углеводорода толщиной 120 нм.
Т.к. наиболее близким теоретическим спектром к спектру от исследуемого образца является спектр при стехиометрическом коэффициенте равным 1. Построена сетка для слоя CH1, в которой вирируется толщина от 30 до 180 нм с шагом 30 нм.
Сетка, построенная для толщины слоя CH1, представлена на рис.2. Сетки по толщинам и стехиометрическому коэффициенту представлены для того, что бы доказать необходимость построения послойного профиля.
Рис 2. Экспериментальные и теоретические спектры отраженных электронов с начальной энергией 5 кэВ. Модельная сетка по толщине слоя CH1
Далее для наиболее полного совпадения спектров от многослойного образца используется модель, в которой исследуемый образец был представлен как однородный слой углеводорода с варьируемой толщиной и стехиометрическим коэффициентом на полубесконечном слое кремния. Шаг по толщине составлял 1 нм по стехиометрическому коэффициенту 0,1 для однородного слоя углеводорода.
Послойные профили водорода определяется из условия наилучшего совпадения экспериментально измеренных и расчетных спектров. Основное отличие используемого метода расчета спектра отраженных электронов в данной работе от метода, используемого в работе [4], является представление исследуемого слоя углеводорода как смесь пиролитического графита и углеводородного соединения CnH2n. Благодаря этому удалось уменьшить погрешность определения послойного профиля.
Используя программу, реализованную в математическом пакете MatLab 2008a, были получены профили водорода в исследуемых образцах рис.3.
Рис 3. Экспериментальные и теоретические спектры отраженных электронов с начальной энергией 5 кэВ. Послойный профиль водорода в исследуемых образцах
Данная программа позволяет получать теоретический спектр, в интервале 0-1000 эВ по потерям энергии для электронов с энергией 5 кэВ. Теоретические спектры, начиная с потерь энергии 1000 эВ, не повторяют экспериментальные спектры. На рис.3. представлен наиболее оптимальный послойный профиль, т.к. при изменении толщины или стехиометрического коэффициента слоя углеводорода, относительная погрешность теоретического спектра возрастает.
В работе били, проделаны эксперименты по отражению электронов с разными начальными энергиями (E0=3, 5 и 8 кэВ) и были представлены наборы спектров. Наиболее подходящими для интерпретации был набор спектров отраженных электронов с начальной энергией 5 кэВ. Анализируя экспериментальные спектры до построения послойных профилей, можно сделать несколько важных выводов, исходя из положения спектров друг относительно друга. В исследуемых образцах на поверхности находится водород - это видно исходя из положения спектров от исследуемых образцов ниже спектра от чистого углерода, в области малых потерь энергии. Исследуемые образцы имеют различный по составу и толщине углеводородный слой.
Для предварительного анализа были построены сетки по толщинам и стехиометрическому коэффициенту в слое углеводорода рис.1 и рис.2. Более точное решение поставленной задачи представлено на рис.3. и получен послойный профиль водорода для двух исследуемых образцов.
Главным результатом работы является доказательство возможности детектирования водорода на основе метода спектроскопии отраженных электронов. Стоит отметить, что качественно водород в приповерхностных слоях детектируется без сложной обработки, а послойный профиль водорода и количественное описание углеводорода, возможно получить, используя предложенную методику.
спектроскопия углеводородное покрытие реактор
Литература
1. Roth J., Scherzer B.M.U., Blewer R.S., at all J Nucl. Mater.93-94, 601, 1980.
2. Alimov V. Kh., Roth J. Phys. Scripta 128, 6-13, 2007
3. Афанасьев В.П., Лубенченко А.В., Паволоцкий А.Б., Федорович С.Д. // ЖТФ 2002. т.72. С.100-108.
4. Афанасьев В.П., Батраков А.А., Лубенченко А.В. и др. // Вестник МЭИ. 2009. № 4. С.25-32.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Дифракция быстрых электронов на отражение как метод анализа структуры поверхности пленок в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии. Анализ температурной зависимости толщины пленки кремния и германия на слабо разориентированой поверхности кремния.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 07.06.2011Физические процессы, лежащие в основе электронной оже-спектроскопии (ЭОС). Механизмы ЭОС, область ее применения. Относительная вероятность проявления оже-эффекта. Глубина выхода оже-электронов. Анализ тонких пленок, преимущества ионного распыления.
реферат [755,3 K], добавлен 17.12.2013Исследование кристаллической структуры поверхности с помощью рентгеновских и электронных пучков. Дифракция электронов низких и медленных энергий (ДЭНЭ, ДМЭ), параметры. Тепловые колебания решетки, фактор Дебая-Валлера. Реализация ДЭНЭ, применение метода.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 08.06.2012Исследование особенностей технологических путей создания микрорельефа на фронтальной поверхности солнечных элементов на основе монокристаллического кремния. Основные фотоэлектрические параметры полученных структур, их анализ и направления изучения.
статья [114,6 K], добавлен 22.06.2015Значение и использование монокристаллического кремния при производстве солнечных элементов повышенной эффективности. Природа и механизм возникновения дефектов для пар железо-бор в составе элементов при различных условиях эксплуатации и освещения.
реферат [104,0 K], добавлен 23.10.2012Расчет энергии иона. Количественная интерпретация данных о рассеянии быстрых ионов. Метод спектроскопии обратно рассеянных ионов низких энергий. Форма энергетических спектров двухкомпонентных материалов. Спектр кремния с анатомами на поверхности.
контрольная работа [86,3 K], добавлен 14.11.2011Движение электронов в вакууме в электрическом и магнитном полях, между плоскопараллельными электродами в однородном электрическом поле. Особенности движения в ускоряющем, тормозящем полях. Применение метода тормозящего поля для анализа энергии электронов.
курсовая работа [922,1 K], добавлен 28.12.2014Особенности частичного насыщения поверхностных атомов кремния метильными группами и методов моделирования кластера минимального размера. Иммобилизация метильных групп на поверхность димеризованного гидрогенизированного кластера в различных соотношениях.
доклад [1,1 M], добавлен 26.01.2011Объединение изолированных атомов в кристалл. Схема локальных энергетических уровней электронов. Основные элементы зонной теории. Особенность состояний электронов в кристаллах. Уменьшение сопротивления металлов. Физические основы квантовой электроники.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 09.01.2012Изучение спектров пропускания резонансных нейтронов проб урана различного обогащения. Устройство и работа времяпролетного спектрометра на основе ускорителя электронов. Анализ содержания изотопов по площадям резонансных провалов в измеренных спектрах.
дипломная работа [710,4 K], добавлен 23.02.2015Изучение спектров пропускания резонансных нейтронов проб урана различного обогащения. Устройство и принцип работы времяпролетного спектрометра на основе ускорителя электронов. Контроль изотопного состава урана путем нейтронного спектрального анализа.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 16.07.2015Порядок и основные этапы взаимодействия электронов с веществом. Процесс рассеяния электронов, отличительные признаки упругих и неупругих столкновений. Метод Монте-Карло в задачах переноса частиц в веществе. Этапы алгоритма решения поставленной задачи.
реферат [84,4 K], добавлен 23.12.2010Возможность формирования различных структур в стандартных пластинах монокристаллического кремния с использованием дефектов, создаваемых имплантацией водорода или гелия. Поперечная проводимость сформированных структур. Системы нанотрубок в кремнии.
реферат [6,4 M], добавлен 25.06.2010Создание технических средств метрологического обеспечения контроля качества полупроводниковых материалов. Анализ установки по измерению удельного электрического сопротивления четырехзондовым методом. Измерение сопротивления кремния монокристаллического.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 24.07.2012Биографии Г. Герца и Д. Франка. Их совместная работа: исследование взаимодействия электронов с атомами благородных газов низкой плотности. Анализ энергий электронов, претерпевших столкновения с атомами. Характеристика вакуумной и газонаполненной лампы.
реферат [1,1 M], добавлен 27.12.2008Прямоугольный потенциальный барьер. Туннельный эффект как квантовый переход системы через область движения, запрещённую классической механикой. Кажущаяся парадоксальность данного эффекта. Вырывание электронов из металла. Контактная разность потенциалов.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 26.02.2010Ознакомление с основами движения электрона в однородном электрическом поле, ускоряющем, тормозящем, однородном поперечном, а также в магнитном поле. Анализ энергии электронов методом тормозящего поля. Рассмотрение основных опытов Дж. Франка и Г. Герца.
лекция [894,8 K], добавлен 19.10.2014Особенности газовой среды. Средняя длина свободного пробега частиц в газе. Энергия электронов в кристалле. Электрические свойства кристаллов. Движение электронов в вакууме в электрическом и магнитных полях. Электростатическая (автоэлектронная) эмиссия.
курсовая работа [343,0 K], добавлен 08.12.2010Виды и основы работы направленных устройств, использование ответвителей и мостов. Принцип работы векторных анализаторов цепей. Моделирование разделителя на основе эквивалентных схем элементов, технико-экономическое обоснование данного устройства.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 06.05.2014Получение поликристаллического кремния. Методы получения газовых соединений Si, поликристаллических кремния из моносилана SiH4. Восстановление очищенного трихлорсилана. Установка для выращивания монокристаллического кремния. Мировой рынок поликремния.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 14.12.2011