Методика определения среднего размера ансамбля нанокластеров на поверхности подложки при помощи методов РФЭС, ОЭС, ОРР

1.

Лекция 7 Методика определения среднего размера ансамбля нанокластеров
на поверхности подложки при помощи методов РФЭС, ОЭС, ОРР.
Приближение двумерной и полусферической формы. Спектроскопия
рассеяния медленных ионов. Определение степени покрытия поверхности.
Определение режимов роста тонких пленок (островковый или послойный
рост).
di - латеральный размер
высота - hi
i
ПОДЛОЖКА
N
d
d
i 1
N
N
i
h
h
i 1
i
N
N – количество кластеров на ед.площади

2.

СТМ и ПЭМ изображения нанокластеров Au
Нанокластеры Au/ВОПГ
50×50 нм2
7×7 нм2
Нанокластеры Au/SiO2
50×50 нм2
7×7 нм2

3.

а
в
б
Распределения по диаметрам нанокластеров
Au/ВОПГ, полученных ИЛО за N=10 (1),
N=100 (2), N=200 (3), N=400 (4) импульсов
при концентрации осажденного вещества
С=0.9÷25.5
ат.%,
построенные
по
результатам обработки СТМ изображений,
нормированные на наиболее вероятное
значение диаметра нанокластера dmax.
г
1.2
1
2
1.0
3
4
f(d)
0.8
СТМ-изображения нанокластеров
Au/ВОПГ, сформированных
методом ИЛО за N=10 (a), 100
(б), 200 (в) и 400 (г) импульсов
осаждения. Размер изображений
50×50 нм.
0.6
0.4
0.2
0.0
0
1
2
3
4
d, нм
5
6
7
8

4.

ПЭМ изображения нанокластеров Au, полученных магнетронным
напылением на поверхность углеродной пленки и полученные из
них распределения кластеров по размерам [D. Dalacu, E.B.
Klemberg-Sapieha, L. Martinu // Surf. Sci. 472 (2001) 33]
Что делать, если изображений нанокластеров нет?

5.

Приближение двумерной формы
h
Si
hэфф
SΣ
ПОДЛОЖКА
hэфф =θh
степень покрытия
поверхности
Интенсивность рассеянных
- Электронов
- Ионов
- Фотоэлектронов
N
S
i 1
S
i
суммарная площадь
кластеров
общая площадь
поверхности
h
I кл (h)
1 exp
I кл (h )
кл
I подл (h)
h
1 1 exp
I подл (h 0)
подл

6.

Приближение полусферической формы
R=d/2
Si
SΣ
ПОДЛОЖКА
N
степень покрытия
поверхности
S
i 1
S
i
суммарная площадь
кластеров
общая площадь
поверхности
2
R
I кл ( R)
R
кл
1 2
exp
1 1
I кл ( R )
R кл
кл
2
R
I подл ( R)
R
подл
1 1 2
exp
1 1
I подл ( R 0)
R подл
подл

7.

Приближения:
- Ансамбль монодисперсных частиц, то есть полагается, что
все частицы абсолютно одинакового размера
- Не учитывается эффект затенения
h
- Не учитывается зависимость длины свободного пробега
электрона (иона) от размера кластеров
- Необходимость в дополнительном измерении одного из
параметров d (и/или h) и θ
hэфф=θh Определяется через ОРР

8.

Спектроскопия рассеяния медленных ионов.
Классификация методов рассеяния ионов:
- СРМИ (LEIS), Е=0,1 – 10 кэВ;
- СРСИ (MEIS)
- СРБИ (HEIS), Е=0,01 – 2 МэВ;
- ОРР (RBS), Е > 2 МэВ
Получаемая информация:
1) Элементный состав поверхности образца (положение линий);
2) Относительная концентрация поверхностных атомов (интенсивность линий);
3) Структура поверхностной решетки (угловые зависимости);
4) Химическое состояние поверхностных атомов (тонкая структура, иногда).
Особенности метода СРМИ: Глубина зондирования один-два атомных слоя
поверхности, вследствие:
1) ослабления интенсивности ионного пучка по мере его проникновения вглубь
образца вследствие большого сечения рассеяния;
2) увеличения вероятности нейтрализации ионов, рассеянных на глубоких
поверхностных слоях.
Историческая справка. Первое применение РМИ для исследования
поверхности (1967).

9.

СРМИ. Кинематический фактор.
E1 kE0
k
cos
1
1
2
2
sin 2
1/ 2
M /m
знак «+» при рассеянии на тяжелом атоме,
знак «-» при рассеянии на легком атоме
Учет неупругих потерь энергии – фактор Q:
k
1
1 2
I I0N
Q
cos 2 sin 2 (1 )
E0
1/ 2
2
d
0 Pi
d
Сечение рассеяния определяется потенциалом
взаимодействия иона и атома-рассеивателя
2

10.

Применение метода СРМИ для определения
степени покрытия поверхности
I ( ) / I
островковый рост (механизм
Фолмера–Вебера)
послойно-островковый рост
(механизм Франка – Ван–
дер–Мерве)
послойный рост (механизм
Странского–Крастанова
TiO2(110)