Радиоспектроскопический метод и СВЧ спектрометр для неразрушающего контроля электронных поверхностных состояний металлов и полупроводников

• Автор: Тамбовский, Михаил Анатольевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Глава 1. Современные методы контроля состояния и свойств поверхности
1.1. Импульсные методы исследования поверхности веществ
1.2. Методы исследования и контроля параметров веществ, находящихся в магнитном поле
Глава 2. Методика определения и контроля динамических характеристик электронных поверхностных состояний по сигналам резонансной циклотронной индукции
2.1. Электронные состояния в твердых телах
2.2. Методика исследования и контроля поверхностных энергетических уровней металлов и полупроводников по сигналам резонансной циклотронной индукции
2.3. Особенности проведения экспериментальных исследований параметров веществ по сигналам циклотронной индукции
2.4. Исследование и контроль динамических характеристик полупроводниковых и металлических материалов по сигналам резонансной циклотронной индукции
Глава 3. СВЧ спектрометр для неразрушающего контроля электронных поверхностных состояний
3.1. Магнетронный генератор коротких СВЧ импульсов
с частотой заполнения 9380 МГц и генератор СВЧ импульсов малой мощности на диоде Ганна
3.2. Генератор импульсных последовательностей
3.3. Интегратор с временным селектированием сигнала циклотронной индукции

3.4. Аппаратурное обеспечение метода исследования
3.5. Технические характеристики СВЧ спектрометра
Глава 4. Проведение измерений и анализ полученных результатов
4.1 Достижение пороговой и оптимальной мощности
для двух надповерхностных уровней
Заключение
Библиографический список использованной литературы

Актуальность работы
Эффективность работы полупроводниковых и электровакуумных приборов в значительной степени определяется энергетической структурой электронных поверхностных состояний применяемых в них металлов и полупроводников. Неустойчивость и неконтролируемые изменения свойств поверхности с температурой и под влиянием окружающей среды вызывают нестабильность и отказы в их работе. Этими обстоятельствами обусловлена необходимость разработки принципиально новых методов неразрушающего контроля и исследования поверхности.
Поверхность занимает лишь очень малую часть массивного тела и ее почти невозможно получить в чистом виде, необходимом для изучения средствами экспериментальной физики. Поэтому традиционно поверхности твердых тел исследовались химическими методами. И лишь к середине 60-х годов прошлого века поверхность стала изучаться физическими методами. Основной целью таких исследований было получение информации о том, как на поверхности расположены атомы и как ведут себя поверхностные электроны. Ответы на эти вопросы дает изучение атомарно - чистых поверхностей, которые сохраняются только в сверхвысоком вакууме. В вакууме, соответствующем давлению 10"6 мм ртутного столба, требуется всего около секунды, чтобы чистая поверхность покрылась слоем чужеродных веществ толщиною в один атом (такую пленку называют монослоем). Чтобы исследовать электронную структуру поверхности требуется вакуум не хуже, чем Ю'10 + 10"п мм ртутного столба. Прогресс в создании и совершенствовании методов исследования поверхности был обусловлен бурным развитием твердотельной электроники. Встала конкретная задача, как на поверхности полупроводникового материала разместить как можно больше элементов

Во - вторых, больше всего подвержены возмущающему действию соседних атомов наиболее удаленные от ядра, или валентные, электроны, так как они расположены ближе всех остальных электронов к соседним ионам.
В - третьих, равновесное состояние между атомами решетки должно соответствовать минимуму энергии, поскольку при дальнейшем сближении атомов энергетические уровни начинают смещаться вверх.
В - четвертых, состояния исходной системы при сближении атомов должны деформироваться непрерывным образом: число состояний в твердом теле должно оставаться тем же, что и число состояний в исходной системе отдельных атомов.
Для уяснения физического происхождения энергетической структуры кристалла, следует детально рассматривать, по крайней мере, три задачи:
1. Природа сил притяжения между атомами.
2. Природа сил отталкивания, действующих при слишком тесном сближении атомов друг с другом.
3. Степень расщепления энергетических уровней вследствие взаимодействий между атомами.
Подвижность электронов в твердых телах можно объяснить, рассматривая изменения волновой функции, возникающие при сближении изолированных атомов, когда происходит значительное перекрывание волновых функций. Разумеется, некоторое перекрывание появляется уже при каком - то конечном расстоянии между атомами, однако оно
становится заметным лишь тогда, когда межатомное расстояние достигает

порядка 10 А, или менее. Для электрона, находящегося в какой - то момент времени на орбите одного из атомов, существует конечная