Способ измерения работы выхода электронов из материалов

Способ измерения работы выхода электронов из материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области определения эмиссионных свойств материалов при проведении исследований методами вторично-электронной эмиссии и применяется для определения работы выхода электронов в материалах, необходимой для расчета как элементов эмиссионной электИзобретение относится к области определения эмиссионных свойств матеоиалов при проведении исследований методами вторично-электронной эмиссии и может найти применение для определения работы выхода электронов в материалах, необходимой для расчета как элементов эмиссионной электроники,так и тех конструкций, где присутствуют контакты разнородных материалов (например, термопары, биметаллические пластины и т.д.). Целью изобретения является повышение точности и локализации способа. На фиг. 1 показан спектр вторичного излучения при энергии первичного пучка роники, так и тех конструкций, где присутствуют контакты разнородных материалов, например термопар, биметаллических пластинок и т.д. Цель изобретения - повышение точности и локализации способа. При реализации способа поверхность исследуемого и эталонного образцов облучают потоком низкоэнергетических электронов, измеряют энергию упруго отраженных от них электронов и определяют работу выхода электронов по следующей формуле V06 Еоб - Еэт + Vat, где Е0б энергетическое положение максимума упругоотраженных электронов исследуемого образца; ЕЭт - энергетическое положение максимума упругоотраженных электронов от эталонного образца; V3T - работа выхода электронов эталонного образца; V06 - работа выхода электронов исследуемого образца, 4 ил., 1 табл, Ё меньше 10 эВ; на фиг. 2 -тоже, при энергии больше 500 эВ; на фиг. 3-4 - спектры вторичного излучения при энергии первичного пучка в диапазоне 10-500 эВ для эталона и исследуемого образца соответственно. Выбор указанного диапазона энергий объясняется следующим. При энергии пучка меньше 10 эВ вследствие большого рассеяния отраженных электронов на атомах остаточных газов и зарядке исследуемого образца чувствительность электронного анализатора не достаточна для уверенной регистрации пучка упругоотраженных электронов (фиг. 1). При энергии пучка больше 500 эВ вследствие процессов электронноО 00 ю о о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 23/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

V, я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4727860/25 (22) 04.07.89

{46) 30.09.91. Бюл. М 36 (71} Научно-производственное объединение

"Ротор" и Московский институт стали и сплавов (72)Ю.Н.Пархоменко и Н.В.Пенский (53) 537.533 (088.8) (56) Нефедов В.И„Черепин В.Т. Физические методы исследования поверхности твердых тел. M. Наука, 1983, с. 17 — 18.

{54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАБОТЫ BblX0ДА ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к области определения эмиссионных. свойств материалов при проведении исследований методами вторично-электронной эмиссии и применяется для определения работы выхода электронов в материалах, необходимой для расчета как элементов эмиссионной электИзобретение относится к области определения эмиссионных свойств материалов при проведении исследований методами вторично-электронной эмиссии и может найти применение для определения работы выхода электронов в материалах, необходимой для расчета как элементов эмиссионной электроники, так и тех конструкций, где присутствуют контакты разнородных материалов (например, термопары, биметаллические пластины и т.д.), Целью изобретения является повышение точности и локализации способа.

На фиг. 1 показан спектр вторичного излучения при энергии первичного пучка Ы 1681209 А1 роники, так и тех конструкций, где присутствуют контакты разнородных материалов, например термопар, биметаллических пластинок и т.д, Цель изобретения — повышение точности и локализации способа. При реализации способа lloBBpxHQGTb исследуемого и эталонного образцов облучают потоком низкоэнергетических электронов, измеряют энергию упруго отраженных от них электронов и определяют работу выхода электронов по следующей формуле V

Ем - Е» + V», где Еоб — энергетическое положение максимума упругоотраженных 3 электронов исследуемого образца; Е» энергетическое положение максимума упругоотраженных электронов от эталонного образца; V» — работа выхода электронов эталонного образца; V

С меньше 10 эВ; на фиг. 2 — то же, при энергии К ) больше 500 эВ; на фиг, 3-4 — спектры вторичного излучения при энергии первичного пучка в диапазоне 10-500 эВ для эталона и г исследуемого образца соответственно, Выбор указанного диапазона энергий объясняется следующим. При энергии пучка меньше 10 эВ вследствие большого рассеяния отраженных электронов на атомах остаточных газов и зарядке исследуемого образца чувствительность электронного анализатора не достаточна для уверенной регистрации пучка упругоотраженных электронов (фиг. 1). При энергии пучка больше

500 эВ вследствие процессов электронно1681209 стимулированной адсорбции и электронностимулированных фазовых превращений на поверхности исследуемого образца возникает резкое изменение формы упругоотраженного пика и появление на нем нескольких характеристических точек (локальные максимумы), что делает невозможным однозначное определение работы выхода (фиг, 2), Выбор монознергетического электронного пучка в диапазоне 10 — 500 эВ позволяет, во-первых, уверенно регистрировать упруоо гра кенный пик электронов; во-вторых, э-от пик получается с одним максимумом, что исключает неоднозначность определения работы выхода, в-третьих, вследствие монохроматичности пучка (разорос по энергии 0,1 эВ) пик упругоотраженных электронов получается узким, ширина на nonaaÿHå высоты 0,05 эВ (фиг, 3,4), Способ Осуществляют следующим обра3 0 i>

Исследуемый Образец и эталон помещают в вакуумную камеру с давлением 10

-6 мм рт. ст., а затем облучают посредством

=-лектронной пушки потоком электронов низких энергий, С помощью энергетическо;-о с H2 llil; i тора, KDTopLA A выполнен либо Во варианту сферического конденсатора, либо по варианту "цилиндрическое зеркало", регистрируют максимумы пиков упругоотражен ;ых электронов от образца и эталона.

После этого, зная работу выхода для этало; а, находят р-боту выхода образца по форГ. ул е:

Uob = Еоб - Еэт + Оэт, где Е ог, — энергетическое положение максимума упругоотраженных электронов от исследуемого образца;

Š— энергетическое положение максимума упругоотраженных электронов от эталонного образца;

Иэт — работа выхода электронов эталонного образца;

У,ь — работа выхода электронов исследуемого образца, Облучением исследуемого образца потоком низкоэнергетических электронов добиваются высокой локальности определения работы выхода, так как пучок электронов может быть сфокусирован до размеров 0,11 мкм, Использование низкоэнергетического потока электронов позволяет получить узкие пики упругоотраженных электронов, следовательно, положение максимума может быть найдено с высокой степенью точнОСти.

Измерение энергии максимумов пиков упругоотраженных электронов от образца и эталона позволяет резко уменьшить ошибку

55 измерения энергии, так .àê ошибка определения разнос и энергий гораздо меньше ошибки определения энергии максимума.

Определение работы выхода электронов по указанной формуле позволяет с Bbl сокой точностью определять 0ю, так как точность этого параметра определяется точностью измерения разности Еэе — Еэ| и точностью задания U», а эта величина может быть взята из соответствующих справочников.

Пример, Прводят измерения работы выхода злектронон кремния (100), легированного фосфором с удельным сопротивлением р- 100 Ом см при 273 С, В качестве эталона используют образец

Аи, Исследуемый образец и эталон помещают в вакуумную камеру установки для исс ледонания понерхности фирюзы еybold, Вакуум н камере создают системой туобомолекулярных насосов и составлял 10 мм рт.ст. Образец и эталон Облучают пу ком низкоэнергетических электронон с энергией 200 эВ, при этом диаметр пучка cocraan r 3,0 мкм. Определяют положение пиков упругоотраженных электронон от образца и эталОна с псмощью электронного анализатора сферического типа, В последующем работу выходазлектронон у кремния определяют по указанной формуле U г, == 4,62 — 0,05 эВ.

В этом же приборе обл чают образец рентгеновским пучком с использованием

Мц анода и палуч" þò спек-р фотоэлектронов, по которому с помощью способапрототипа определяют работу нь.хода электронов кремния. При этом диаметр пучка был примерно 1 мм, Полученные данные сведены в таблицу.

Таким образом, анализ таблицы показывает, что данный способ позволяет по сравнению со способом-прототип"; более чем на порядок увеличить точное:- определения раба,.û выхода и более че л на 5 порядков локальность определения по поверхности.

Применение способа позволит с гораздо большей точностью проводить расчет контактной разности потенциалон в конструкциях с разнородными материалами, например термопары, а также проводить оценку однородности поверхности по химическому сос-àâó,,используя измерения,работы выхода н разных точках поверхности.

Формула изобретения

Способ измерения работы выхода электронов из материалов, включающий облучение исследуемого образца моноэнергетическим пучком электронов и регистрацию спектра вторичной электронной эмиссии, по которому

1681209.1иип сО/г

j анл сее

Iu», инп. се»

romano@

/И.7яг

Составитель В.Простакова

Редактор О.Спесивых Техред M,Moðãåíòàë Корректор О,Кравцова

Заказ 3308 Тираж 383 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 судят о работе выхода, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и локализации способа, облучение проводят пучком электронов с энергией 10 — 500 зВ, дополнительно облучают эталонный обра- 5 зец и регистрируют спектр вторичной электронной эмиссии от него, по полученным спектрам определяют энергию максимумов упругоотраженных электронов и находят

10 работу выхода электронов исследуемого obразца по формуле

0об - Еоб - Еэт + 0эт, где Еоб и E» — энергетическое положение максимума упругоотраженных электронов от исследуемого и эталонного образцов соответственно;

U» и 0об работа выхода электронов эталонного и исследуемого образцов.