Способ определения коэффициента температурного расширения приповерхностной области твердого тела

 

Изобретение относится к электронно-лучевым методам анализа твердотельных объектов и может быть использовано для определения термодинамических характеристик решетки твердого тела, в частности коэффициента температурного расширения. Цель изобретения - упрощение способа измерения. В способе дифракции медленных электронов измеряют зависимость тока поглощенных образцом электронов от энергии пучка электронов. В измеренном спектре выделяют экстремумы, соответствующие брэгговским рефлексам. Изменяют температуру образца на величину ΔТ и измеряют энергетический сдвиг ΔЕ указанных экстремумов. Далее вычисляют искомую величину по формуле α = -ΔЕ/2ΔТ<SP POS="POST">.</SP>E<SB POS="POST">п</SB>, где E<SB POS="POST">п</SB> - исходная энергия пучка медленных электронов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ БЛИН (S1)S 0 01 М 23/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4456486/24-25 (22) 06.07.88 (46) 07,11,90. Бюл. В 41 (71) Институт электроники им. У .А. Арифов а (72) Э. К.Алиджанов (53) 621.039.555 (088.8) (56) Нестеренко Б.А. и др. Физические свойства атомночистой поверхности полупроводнйков. Киев: Наукова думка, 1983, с. 264, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕМПЕРАТУРНОГО РАСШИРЕНИЯ ПРИПОВЕРХНОСТНОЙ ОБЛАСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА (57) Изобретение относится к электронно-лучевым методам анализа твердотельных объектов ц может быть использоваИзобретение относится к области электронно-лучевых методов анализа твердотельных объектов и может быть применено для определения термодинамической характеристики поверхностной решетки твердого тела — коэффициента температурного расширения.

Цель изобретения состоит в упро„щении измерения коэффициента теплового расширения приповерхностной области твердого тела.

На чертеже приведена схема аппаратной реализации предлагаемого способа.

На схеме изображены исследуемый образец 1, пучок 2 медленных электронов, электронно-оптическая система 3, блок 4 развертки, электронная пушка 5, система 6 синхродетектиро„„SU„„1605179 А1

2 но для определения термодинамическ их хар ак терн с тик р еше тки тв ердо го тел а, в частности коэффициента температурного расширения. Цель изобретения— упрощение способа измерения. В способе дифракции медленных электронов измеряют зависимость тока поглощенных образцом электронов от энергии пучка электронов. В измеренном спектре выделяют экстремумы, соответствующие брэгговским рефлексам. Изменяют температуру образца на величину ДТ и измеряют энергетический сдвиг б Е укаэанных экстремумов. Далее вычисляют искомую величину по формуле g =-ДЕ/2 Т <.

N E» где E - исходная энергия пучка медле нных зле к тро нов ° 1 и л. вания, косвенный нагреватель 7, термопара 8.

Способ реализуется следующим образом.

На поверхность исследуемого образца 1 направляют пучок медленных электронов 2, сформированный электроннооптической системой 3. Энергию пучка увеличивают от О до значения Е {кои торое выбирается в зависимости от заданной гчубины зондирования приповер хностной области твердо го тела и энергетической з ависимости длины свободного пробега электрона) путем подачи отрицательного напряжения смещения от блока 4

° развертки на катодный узел электронной пушки 5. В цепи образца с помощью

1605179 системы 6 синхродетектирования регистрируют токовый сигнал, пропорциональный первой производной от тока в цепи мишени по энергии падающих электро5 нов dl/dE> Ha полученной кривой идентифицируют спектральные минимумы, связанные с порогами появления брэгговских рефлексов.. Для этого исследуют зависимость интенсивности наблюдаемой структуры, dl/dE от направления падения пучка первичных электронов. Минимумы, связанные с порогами возникновения брэгговских рефлексов, плавно меняют интенсивность и энергетическое положение. Далее при неизменной гео- метрии производят нагрев образца 1 с помощью косвенного нагревателя 7 на величину ДТ. Контроль температуры осуществляют термопарой 8. При нагреве на зависимости dl/dE и происходит смещение зафиксированных ранее минимумов на величину ДЕ. По формуле

g. =-b,Е/2 ДТЕ

Ь 25 определяют величину линейного коэффициента температурного расширения О

При этом. на зависимости dl/dE имеютп ся минимумы, соответствующие порогам появления дифракционных рефлексов раз- gp личного порядка. Измерение ДЕ для каждого из таких рефлексов позволяет проследить изменение коэффициента линейного расширения от поверхности к объему, поскольку порядок Рефлекса пРимеР но соответствует порядку зондируемого монослоя кристаллической решетки.

Пример, Проводили определение коэффициента теплового расширения поверхности монокристанла М1(100). Энер-40 гию электронного пучка меняли по линейному закону от 0 до 100 эВ с помощью развертки, На катодный узел подавали модулирующее напряжение с частотой 1,5 кГц и амплитудой О, 1 В от звукового генератора ГЗ-117 через трансформатор. В цепи образца с помощью стандартного блока синхродетектирования УПИ- 1 выделяют сигнал, соответствующий dl/dE Этот сигнал подавали на Y-вход двухкоординатного самописца. На Х-вход того же самописца подавали напряжение развертки. Таким образом осуществляли графическую регистрацию зависимости d I/dÅ„. Первоначальная температура образца 300 К.

На полученной экспериментальной зависимости в области 21, 32, 88 э В присутствуют характерные минимумы. Для

Формул а изобретени

Способ определения коэффициента те мп ер атур но го р асшир е ни я при пов ер хностной области твердого тела, заключающийся в облучении образца пучком медленных электронов, обеспечивающем возникновение картины дифракции медленных электронов, измерении положения брэгговских пиков при по крайней мере двух температурах образца, определении коэффициента температурного расширения g по формуле

СС =-ДЕ/ 1

ДТ - величина изменения температуры образца;

Е „ - энергия электронов, при когде проведения брэгговской природы указанных минимумов проводилось исследование угловых зависимостей токовой характеристики d I/dE>, Минимумы при энергии 21, 32, 88 эВ плавно меняли свое положение и интенсивность при изменении угла падения пучка первичных электронов, что подтвердило их брэгговскую природу. Затем нагревали образец до температуры 300 С, коо торую определяли вольфрамрениевой термопарой, Повторно записывали зависимость d I /dE и измеряли энергетик ческие смещения Е минимумов в облас-. ти 21, 32, 88 эВ, которые составили

1,5; 1; 1 эВ соответственно. По измеренным величинам ДЕ и Д по приведенной формуле получены значения

OL,=5,8 ° 10 град; k < =3,6 lp град;

g =1, 27 -10 град, которые подтверждают тенденцию увеличения коэффициента температурного расширения от объема к поверхности.

Предлагаемый способ прост, при его реализации измеряют только токовые характеристики в цепи образца.

Отпадает необходимость визуализации картины дифракции медленных электронов.

Применение предлагаемого способа повышает экспрессность процедуры измерения и позволяет при проведении однократного измерения получить информацию об изменении величины коэффициента температурного расширения от поверхности к объему.

179

2 ) Сост авител ь В. Рыб алк о

Техред М.яндык Корректор lI- Бескид

Редактор Л. Гратилло

Заказ 3451

Тираж 494

Подпи с ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1О

5 1605 торой наблюдается брэгговский рефлекс, отличающийсятем,что,с целью упрощения процесса измерения и повышения экспрессности, для нахождения положения брэгговских пиков иэмеDHIoT зависимость тока в цепи образца от энергии первичных электронов и определяют сдвиг энергетического положения характерных ьынимумов, на указанной зависимости при изменении тем5 пературы обр азца, воз никнов ение. которых обусловлено соответствующими брэг1

ГОВ CKHMH Пик DMH °