Основы анализа поверхности и тонких пленок методами

Название дисциплины:
Основы анализа поверхности твердых
тел и тонких пленок методами атомной
физики
Преподаватель:
Д. ф. - м. н., профессор,
Никитенков Николай Николаевич
1
ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ КУРСА:
2 семестра
РАСПЕПРЕДЕЛЕНИЕ УЧЕБНОГО ВРЕМЕНИ:
Лекции
56 часов(ауд.)
Лабораторные занятия
16 часов(ауд.)
Практические(семинарские) занятия 8 часов(ауд.)
Курсовая работа (темат. реферат)
16 часов(ауд.)
Всего аудиторных занятий
96 часов
Вне аудиторных занятий - чем больше,
тем лучше!!!
2
Примерная! рейтинговая система
оценки текущих и итоговых знаний
Максимальный балл:
Лекция:
Практическое занятие:
Лабораторное занятие:
Коллоквиум (тестирование):
Курсовая работа:
Экзамен:
Итого за курс:
28х10=280
20х4=80
20х5=100
35x4=140
200
200
1000
Примечания:
1. Оценка за курсовую работу – отдельная
строка в зачетке, то есть, не сделать курсовую
работу нельзя.
2. Хотя бы одна не сданная лабораторная работа
лишает студента допуска к экзамену.
3. Темы курсовых работ формулируются для
каждого индивидуально, с учетом темы ВКР,
3
но обязательно в рамках курса
Двуединая цель преподавания курса:
- подготовка специалиста, владеющего
современными методами исследования
материалов, основанными на измерении
характеристик частиц и излучений,
испускаемых поверхностью твердого телом,
при воздействии фотонов, рентгеновского
излучения и при бомбардировке
электронами или тяжелыми частицами;
и
- имеющего представления о физических
явлениях, лежащих в основе изучаемых
методов.
4
Модули курса
1. Физические явления, лежащие в
основе методов диагностики
поверхности
2. Строение поверхности
3. Теоретические основы методов
электронной спектроскопии
4. Теоретические основания
методов ионной спектроскопии
5. Основные узлы сверхвысоковакуумных аналитических
установок
5
Общие представления о методах анализа
поверхности
Факторы
воздействия
Параметры
отклика
(явлений)
ЯВЛЕНИЯ
Образец
Факторы воздействия:
1. Пучки электронов и ионов
килоэлектронвольтных (кэВ-х) энергий,
2. Фотоны ультрафиолетового и
рентгеновского диапазонов,
3. Электростатические поля,
4. Температура.
Параметры отклика:
1. В электронной и фотонной
спектроскопиях:
Форма и интенсивность энергетических
спектров вторичных электронов, ионов и
фотонов.
2. В ионной спектроскопии:
Состав и интенсивности массовых линий в
спектрах масс вторичных ионов.
О явлениях разговор отдельный !!!
6
Классификация физических явлений – эмиссий, лежащих
в основе методов анализа поверхности
1. Ионная эмиссия (ИЭ):
факторы воздействия
• ускоренные до энергий 1–10 КэВ ионы или
атомы – это ионно-ионная или вторичная
ионная эмиссия (ВИЭ);
• нагревание материала - это термо-ионная
эмиссия (ТИЭ);
• электрические поля напряжённостью ~107
В/см - это полевая ионная эмиссия (ПИЭ);
• облучение материала фотонами - это фотоионная или радиационно- стимулированная
ионная эмиссия;
• облучение материала электронами - это
электронно-ионная эмиссия (ЭИЭ);
2. Электронная эмиссия (ИЭ) - аналогично
п.1 в зависимости от возбуждающего
фактора:
• ионно-электронная эмиссия (ИЭЭ);
• термо-электронная эмиссия (ТЭЭ);
• полевая электронная эмиссия (ПЭЭ);
• фото-электронная эмиссия (ФЭЭ);
• электронно-электронная или вторичная
электронная эмиссия (ВЭЭ);
3. Фотонная эмиссия (ИЭ) - аналогично пп.
1 и 2 в зависимости от возбуждающего
фактора:
7
ЭМИССИЯ  СПЕКТРОСКОПИЯ:
ЭМИССИЯ – ЯВЛЕНИЕ,
СПЕКТРОСКОПИЯ
–
ОСНОВАННЫЙ
НА
ЯВЛЕНИИ.
МЕТОД,
ДАННОМ
ЭМИССИЯ – объект фундаментальных
исследований,
СПЕКТРОСКОПИЯ – прикладной аспект
фундаментальных
исследований
ЭМИССИЙ, позволяющий получать
информацию о составе и структуре
поверхности и твердого тела в целом.
8
Важнейшие инструментальные группы,
необходимые для осуществления
эксперимента по диагностике поверхности
Источники воздействия (электронные и ионные
пушки
или
ускорители,
источники
рентгеновских, ультрафиолетовых
и др. квантов).
2.
Анализаторы
(энергетические,
массовые,
монохроматоры).
3.
Детекторы отклика поверхности [цилиндры
Фарадея,
вторичные
электронные
и
фотоэлектронные умножители (ВЭУ и ФЭУ),
микроканальные пластины].
+ электронно- и ионно-оптические устройства
1.
Все это в высоком или сверхвысоком вакууме
+ Электронные приборы, обеспечивающие работу
указанных приборов и устройств (в том числе,
блоки питания, измерительные приборы,
вычислительная техника).
9
Схема аналитического тракта энерго-массспектрометра
(установка ВИМС-2 НИИЯФ ТПУ):
1 – вакуумная аналитическая камера; 2 – мишень;
3 – трехэлектродная одиночная линза; 4 – смотровое
окно; 5 – устройство фокусировки первичного пучка;
6 – ионно-оптический тракт первичного пучка;
7 – ионная пушка; 8 – энергоанализатор;
9 – отклоняющие пластины; 10 – входная щель массанализатора; 11 – детектор вторичных ионов;
12 – ионопровод масс-анализатора; 13 – массанализатор.
10
Литература
ОСНОВНАЯ
1. Никитенков Н.Н. Изотопный, химический и структурный
анализ поверхности методами атомной физики. Томск: ТПУ,
2002, 198 с.
2. Вудраф Д., Делчар Т. Современные методы исследования
поверхности. - М.: Мир,1989.
3. Нефедов В.И., Черепин В.Т.. Физические методы
исследования поверхности твердых тел. – М.: Наука, 1983.
4. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких
пленок. – М.: Мир,1989.
5. Черепин В.Т., Васильев М.А. Методы и приборы для анализа
поверхности материалов. – Киев: Наукова думка, 1982.
11
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
Афанасьев А.М., Александров П.А., Имамов
Р.М. Рентгеновская структурная
диагностика в исследовании
поверхностных слоев. – М.: Мир, 1986.
Анализ поверхностей методами Оже- и
рентгеновской фотоэлектронной
спектроскопии (под ред. Д. Бриггса и М.П.
Сиха) – М.: Мир,1987.
Карлсон Т.А.. Фотоэлектронная и Ожеспектроскопия. – Л.: Машиностроение,
1981
Методы анализа поверхностей (под ред. А.
Зандерны) – М.: Мир, 1979.
Нефедов В.М. Рентгеноэлектронная
спектроскопия химических соединений.
Справочник. – М.: Химия, 1984.
Петров Н.Н., Аброян И.А. Диагностика
поверхности с помощью ионных пучков. –
Л.: Изд-во ЛГУ, 1977.
Применение электронной спектроскопии для
анализа поверхностей (под ред. И. Ибаха) Рига: Зинатне, 1980.
Спектроскопия и дифракция электронов при
исследовании поверхности твердых тел
(под ред. Н.Г. Рамбиди) – М.: Наука, 1985.
Распыление твердых тел ионной
бомбардировкой. Вып. 1 и 2 (под ред. Р.
Бериша). – М.: Мир, 1984.
Физическая Энциклопедия в 5-ти томах.
12
Москва. Научное издательство "Большая
Российская энциклопедия", 1998 г.