PROFILPELAJAR.COM

Дифракция медленных электронов (ДМЭ) — метод исследования поверхностной структуры твердых тел, основанный на анализе дифракционных картин, упруго рассеянных низкоэнергетичных (20–200 эВ) электронов. Позволяет изучать реконструкцию поверхности.

ДМЭ может быть использована одним из двух способов:

Качественно, при этом регистрируется дифракционные картины, а анализ положения дифракционных максимумов дает информацию о симметрии структуры поверхности. При наличии адсорбата качественный анализ может дать информацию о размерах и ориентации вращения элементарной ячейки адсорбата относительно элементарной ячейки субстрата.
Количественно, при этом исследуются зависимости интенсивности пиков от энергии падающего электронного пучка. При этом фактически получаются ВАХ. Сравнивая полученные кривые, полученные экспериментально, с теоретическими, получаем точную информацию о расположении атомов на поверхности.

Теория

Кинематическая теория: однократное рассеяние

Кинематическая дифракция определяется как явление, при котором электроны, падающие на хорошо упорядоченную поверхность кристалла, испытывают однократное упругое рассеяние. Согласно теории, длина волны де Бройля электронного пучка:

...

Динамическая теория: многократное рассеяние

...

Описание

Использование для анализа поверхности электронов именно низких энергий обусловлено двумя основными причинами.

Длина волны де Бройля для электронов с энергией 20-200 эВ составляет примерно 0,1-0,2 нм, что удовлетворяет условию дифракции на атомных структурах, а именно, длина волны равна или меньше межатомных расстояний.
Средняя длина пробега таких низкоэнергетических электронов составляет несколько атомных слоев. Вследствие этого большинство упругих рассеяний происходит в самых верхних слоях образца, следовательно, они дают максимальный вклад в картину дифракции.

На рисунке представлена схема экспериментальной установки для прямого наблюдения картин ДМЭ. В электронной пушке электроны, испускаемые катодом (находящимся под отрицательным потенциалом -V), ускоряются до энергии eV, а затем движутся и рассеиваются на образце в бесполевом пространстве, поскольку первая сетка дифрактометра и образец заземлены. Вторая и третья сетки, находящиеся под потенциалом чуть меньше потенциала катода (V — ΔV), служат для отсечения неупруго рассеянных электронов. Четвёртая сетка заземлена и экранирует другие сетки от флуоресцентного экрана, находящегося под потенциалом порядка +5 кВ. Таким образом, электроны, упруго рассеянные на поверхности образца, после прохождения тормозящих сеток ускоряются до высоких энергий, чтобы вызвать флуоресценцию экрана, на котором и наблюдается дифракционная картина. В качестве примера на рисунке показана картина ДМЭ от атомарно чистой поверхности Si(111)7×7.

Метод ДМЭ позволяет:

качественно оценить структурное совершенство поверхности — от хорошо упорядоченной поверхности наблюдается картина ДМЭ с четкими яркими рефлексами и низким уровнем фона;
определить обратную решетку поверхности из геометрии дифракционной картины;
оценить морфологию поверхности по профилю дифракционного рефлекса;
определить атомную структуру поверхности путём сравнения зависимостей интенсивности дифракционных рефлексов от энергии электронов (I—V кривых), рассчитанных для структурных моделей, с зависимостями, полученными в эксперименте.

Методы дифракции медленных и быстрых электронов различаются энергией используемых электронов и, соответственно, различной геометрией (в ДМЭ пучок электронов падает на исследуемую поверхность практически перпендикулярно, а в ДБЭ под скользящим углом порядка 1-5º). Оба метода дают сходную информацию о структуре поверхности. Преимуществом ДМЭ является более простая конструкция, а также более наглядная и удобная для интерпретации получаемая информация. Преимущество ДБЭ заключается в возможности проведения исследований непосредственно в ходе наращивания плёнок на поверхности образца.