6.2.5.2. Дифракция отраженных электронов высокой энергии (RHEED)

В этом подразделе мы опишем RHEED как гибкий инструмент, позволяющий характеризовать поверхностную атомную структуру и морфологию в процессе роста; многие из результатов, представленных в этой главе, опираются на эту технику. До изобретения дифференциальной откачки электронных пушек для RHEED, необходимой для использования этого метода в условиях низкого вакуума при НЛО и химическом осаждении из пара |71|, метод RHEED применялся исключительно при МЛЭ (72|. Методика RHEED относительно недорога и из-за ее «боковой» геометрии (см. рис. 6.12), она довольно легко интегрируется в большинство конструкций камер МЛЭ. В связи с этими преимуществами RHEED стала одним из самых важных инструментов для исследования зарождения и роста тонких пленок, и необходимым инструментом для развития технологии получения тонкопленочных оксидов.

Основной характеристикой RHEED является интенсивность процесса рассеяния; в результате дифракционная картина при скользящем падении пучка оказывается чувствительной к структуре плоской поверхности, и эта поверхностная чувствительность возникает из-за малого угла падения. Для электронов с энергией 10 кэВ глубина проникновения при нормальном падении составляет примерно 30 А. Для угла падения в 1° тригонометрия предсказывает уменьшение этой величины для гладкой поверхности до 0.5 А, т. е. в 57 раз. Следовательно, будет наблюдаться только поверхностная дифракция.

Дифракция от поверхности, наблюдаемая с помощью RHEED, является изображением обратной решетки поверхностной структуры. Обратная решетка представляет собой дискретный набор волновых векторов плоских волн, имеющих периодичность реальной решетки. Поскольку поверхность нарушает периодичность решетки в направлении z, перпендикулярном поверхности, дискретный набор волновых векторов обратной решетки существует только в двух измерениях, параллельных поверхности. Перпендикулярно поверхности разрешены все значения волнового вектора, так что изображение обратной решетки представляет собой набор стержней, перпендикулярных поверхности.

При RHEED дифрагируют электроны с относительно малой длиной волны, например, 0.12 А для электронов с энергией 10 кэВ. Результирующая дифракционная картина отображается на флюоресцентном экране, расположенном напротив электронной пушки RHEED. Образец может поворачиваться вокруг нормали к поверхности для получения полной картины рассеяния в обратном пространстве.

Для совершенной поверхности упомянутые выше стержни узкие, и на экране RHEED вдоль дуги наблюдаются пятна, когда изменение импульса рассеянных электронов в плоскости соответствует вектору обратной решетки. Если на экране наблюдаются широкие полосы или смазанные пятна, это указывает на недостаточно высокую кристалличность, когда ряды атомов частично разупорядочены и образуют диапазон углов по отношению к падающему пучку. Полученная таким образом картина поверхностной дифракции оказывается весьма чувствительной к разнообразию поверхностных структур и фаз, образующихся при осаждении субмонослойных и монослойиых количеств вещества.

Благодаря малому углу падения электронного пучка, RHEED оказывается также эффективным способом определения шероховатости поверхности. Любая неровность поверхности из-за шероховатости или образования островков приводит к трехмерному рассеянию, при этом наблюдаются брегговские отражения. Так как падающий электронный пучок попадает на островок под большим углом и может дифрагировать от трехмерного набора плоскостей в объеме с размерами порядка глубины проникновения («30 А), на дифракционной картине появляются соответствующие пятна. Это свойство RHEED полезно для выявления зарождения нежелательных фаз путем индексации дифракционной картины и измерения параметров решетки.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >