Для специализации 0709 - "физика металлов"
Программу составил доцент, д.ф.-м.н Михайлов Г.М.
ЦЕЛЬ КУРСА:
Ознакомить с основными процессами взаимодействия заряженных частиц, ультрафиолетового и рентгеновского
излучений, зондовых методов с тонкими пленками и поверхностью металлов, включая наноструктуры для
наиболее оптимального применения новых современных методов их исследования в научных экспериментах,
обучить теоретическим и экспериментальным основам анализа поверхности и тонких пленок.
ПРАКТИЧЕСКИЕ УМЕНИЯ И НАВЫКИ:
Уметь проводить качественный и количественный анализ на основе спектров, полученных методами
рентгеновской фотоэлектронной и оже-спектроскопиями, методом ВИМС, а также профильный анализ с
применением этих методов; интерпретировать экспериментальные результаты дифракции быстрых и
медленных электронов, а также электронно-транспортных измерений пленок металлов при комнатных
и гелиевых температурах; интерпретировать экспериментальные результаты сканирования поверхности при
регистрации вторичных и оже-электронов, вторичных ионов, а также при применении сканирующего
атомно-силового и туннельного микроскопов; проводить выбор метода или группы методов для наиболее
оптимального исследования фазового и элементного состава, строения и электронной структуры
поверхности металлов и тонких пленок.
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА
Тема 1. Физические основы методов.
Введение, предмет и общие вопросы исследования поверхности твердых тел и тонких пленок.
Область применения в научных и прикладных исследованиях.
1.1
Физические основы взаимодействия частиц средних энергий с поверхностью и тонкими пленками.
Упругое и неупругое рассеяние части. Транспортная и неупругая длины пробегов, тормозная
способность и энергетическая длина.
1.2
Уравнение Больцмана, энергетическое и угловое распределение частиц, случай легких и тяжелых частиц,
эмиссия вторичных частиц. Внешний фото-эффект, характеристическое излучение и оже-эффект.
Связь сечения неупругого рассеяния электронов с функцией потерь.
1.3
Рассеяние на поверхностном потенциале, шероховатость поверхности и автокорреляционная функция.
Туннелирование электронов. Кинематическая модель рассеяния на двумерной решетке, длина экстинции.
Тема 2. Методы исследования поверхности и тонких пленок.
2.1
Классификация современных методов анализа поверхности и тонких пленок, глубина анализа, пространственное разрешение.
2.2
Растровый электронный микроскоп с оже-приставкой и приставкой для рентгеновского микроанализа.
Виды контрастов. Энергетическое и угловое распределение вторичных электронов. Основы метода и область применения.
2.3
РФ и УФ спектрометры. Синхротронное излучение. Основы метода и область применения.
Качественный и количественный анализ. Химический анализ.
2.4
Сканирующий ВИМС и другие ионно-пучковые методы исследования.
Профильный анализ, сочетание с другими методами анализа поверхности твердых тел и тонких пленок.
2.5
Электронно-дифракционные методы анализа. Основы применения. Электронно-транспортные методы
исследования тонких пленок. Сканирующий туннельный и атомно-силовой микроскопы.
Основы методов и область применения.
Перечень тем практических занятий.
1,2
Определение элементного и химического состава поверхности металлов по измеренным РФ-спектрам.
3,4
Определение элементного состава поверхности металлов по измеренных оже-спектрам.
5,6
Определение распределения элементов по глубине пленки металлов на поверхности
кремния по экспериментальным результатам профильного оже-анализа.
7,8
Определение параметров шероховатости пленок металлов из измерений атомно-силового микроскопа.
9,10
Определение геометрических размеров включений по данным микроскопического анализа поверхности металлов.
Перечень семинарских занятий (10 ч.)
- Неразрушающие методы профильного анализа пленок.
- Особенности контраста, глубины анализа и пространственного разрешения в
РЭМ с приставкой для оже-анализа и рентгеновского микроанализа.
- Статический и динамический ВИМС.
- Особенности двумерной электронной дифракции. Методы ДМЭ и ДБЭ.
- Характерные задачи исследования состава, структуры, морфологии и
электронного строения поверхности и пленок металлов.
Перечень тем домашних заданий.
- Провести расчет энергетического положения (кинетическая энергия) всех возможных основных оже-линий алюминия.
- Провести расчет энергетического положения (кинетическая энергия) всех возможных основных РФ-линий алюминия (Mg и Al K. излучение)
- Провести расчет и построить график зависимости от кинетической энергии неупругой и транспортной длины свободного пробега электронов средних энергий для Al.
- Провести расчет и построить график зависимости интенсивности РФ линии от угла вылета фотоэлектронов для системы тонкая пленка металла / кремниевая подложка.
- Выбрать метод (методы) для наиболее оптимального исследования состава (морфологии, электронного строения, структуры) проводящих пленок толщиной до а) 10 нм, б) 100 нм и в) 1000 нм.
ЛИТЕРАТУРА
- Вудроф Д., Делчар Т., Современные методы исследования поверхности, М.: Мир, 1989, 456 с.
- Фирменс Л., Вэнник Дж., Дексейсер В., Электронная и ионная спектроскопии твердых тел, М.: Мир, 1981, 459 с.
- Бриггс Д., Сих М.П., Анализ поверхности методами оже-спектроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, М.: Мир, 1987, 540 с.
- Морси Ф., Мени Л., Тикс Р., Микроанализ и растровая электронная микроскопия, М.: Металлургия, 1985, 260 с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
- Валиев К.А., Физика субмикронной литографии, М.: Наука, 1990, главы 1-3, 317 с.
