Hitaiden elektronien diffraktio

Hidas elektronidiffraktio ( LEED ) on menetelmä kiinteiden aineiden pintarakenteen tutkimiseksi , joka perustuu elastisesti sironneiden matalaenergiaisten (20–200 eV) elektronien diffraktiokuvioiden analyysiin. Voit opiskella pinnan rekonstruktiota .

DME:tä voidaan käyttää kahdella tavalla:

• Laadullisesti diffraktiokuviot tallennetaan, ja diffraktiopiikkien sijainnin analyysi antaa tietoa pintarakenteen symmetriasta. Adsorbaatin läsnä ollessa kvalitatiivinen analyysi voi antaa tietoa adsorbaatin yksikkökennon koosta ja pyörimissuunnasta suhteessa substraatin yksikkökennoon.
• Kvantitatiivisesti tutkitaan huipun intensiteetin riippuvuuksia tulevan elektronisuihkun energiasta. Tässä tapauksessa itse asiassa saadaan virta-jännite-ominaisuudet . Vertaamalla kokeellisesti saatuja käyriä teoreettisiin, saadaan tarkkaa tietoa atomien sijoittumisesta pinnalla.

Teoria

Kinemaattinen teoria: yksittäinen sironta

Kinemaattinen diffraktio määritellään ilmiöksi, jossa hyvin järjestetylle kiteen pinnalle osuvat elektronit kokevat yhden elastisen sironnan. Teorian mukaan elektronisäteen de Broglien aallonpituus on:

...

Dynaaminen teoria: moninkertainen sironta

...

Kuvaus

Matalaenergiaisten elektronien käyttö pinta-analyysissä johtuu kahdesta pääasiallisesta syystä.

1. De Broglien aallonpituus elektroneille, joiden energia on 20-200 eV, on noin 0,1-0,2 nm, mikä täyttää atomirakenteiden diffraktioehdon, eli aallonpituus on yhtä suuri tai pienempi kuin atomien väliset etäisyydet .
2. Tällaisten matalaenergisten elektronien keskimääräinen polun pituus on useita atomikerroksia. Tämän seurauksena suurin osa elastisesta sironnasta tapahtuu näytteen ylimmissä kerroksissa, joten ne antavat maksimaalisen panoksen diffraktiokuvioon.

Kuvassa on kaavio kokeellisesta järjestelystä LME-kuvioiden suoraa havainnointia varten. Elektronitykissä katodin emittoimat elektronit (joka on negatiivisessa -V-potentiaalissa) kiihdytetään eV:n energiaan, minkä jälkeen ne liikkuvat ja siroavat näytteessä kentättömässä tilassa difraktometrin ja näytteen ensimmäisen ruudukon jälkeen. ovat maadoitettuja. Toinen ja kolmas hila, joiden potentiaali on hieman pienempi kuin katodipotentiaali (V - ΔV), katkaisee joustamattoman sironneet elektronit. Neljäs verkko on maadoitettu ja suojaa muita verkkoja fluoresoivalta näytöltä, jonka potentiaali on alle noin +5 kV. Siten näytteen pinnalle elastisesti sironneet elektronit kiihdytetään suuriin energioihin kulkiessaan hidastuvien verkkojen läpi, jotta saadaan aikaan ruudun fluoresenssi, jolla diffraktiokuvio havaitaan. Esimerkkinä kuvassa on LEED-kuvio atomisesti puhtaalta Si(111)7×7 pinnalta .

DME-menetelmä mahdollistaa:

1. arvioi laadullisesti pinnan rakenteellinen täydellisyys - hyvin järjestetyltä pinnalta havaitaan LEED-kuvio, jossa on selkeät kirkkaat heijastukset ja matala taustataso;
2. määrittää pinnan käänteinen hila diffraktiokuvion geometriasta;
3. arvioi pinnan morfologia diffraktioheijastuksen profiilin perusteella;
4. määritä pinnan atomirakenne vertaamalla rakennemalleille laskettuja diffraktioheijastusten intensiteetin riippuvuuksia elektronienergiasta (I–V-käyrät) kokeessa saatuihin riippuvuuksiin.

Hitaiden ja nopeiden elektronien diffraktiomenetelmät eroavat käytettyjen elektronien energiasta ja vastaavasti erilaisesta geometriasta (DME:ssä elektronisuihku putoaa tutkittavalle pinnalle lähes kohtisuoraan ja RHEED:ssä noin 1:n kulmassa -5º). Molemmat menetelmät antavat samanlaisia ​​tietoja pinnan rakenteesta. LEEDin etuna on yksinkertaisempi suunnittelu sekä visuaalisempi ja helpommin tulkittava tieto. RHEEDin etuna on mahdollisuus suorittaa tutkimuksia suoraan kalvon kasvun aikana näytteen pinnalla.

Kirjallisuus

• Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. et al. Johdatus pintafysiikkaan / V. I. Sergienko .. - M. : Nauka, 2006. - 490 s.

Linkki

Tätä artikkelia kirjoitettaessa käytettiin Creative Commons BY-SA 3.0 Unported -lisenssillä jaetun artikkelin materiaalia : Zotov Andrey Vadimovich, Saranin Alexander Alexandrovich. Hitaiden elektronien diffraktio // Nanoteknologian termien sanakirja .