Спектроскопия дифракции низкоэнергетических электронов как метод исследования электронной структуры твердых тел

• Автор: Строков, Владимир Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.01, 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Оглавление
1 Введение

1.1 Зонная структура в физике современных электронных приборов.

1.2 Фотоэлектронная спектроскопия и проблема выеоколежащих состояний.

1.3 Общая характеристика диссертационной работы.

2 Принципы и методы спектроскопии ДНЭ

1.1 Природа выеоколежащих состояний

1.2 Связь ДНЭ с к.

1.1.1 Принципы У, 0.

1.1.2 Парциальные вклады блоховских волн

1.1.3 Влияние неупругого поглощения У 0

1.3 Методы определения Ек.
1.3.1 Определение к как С метод подгонки
1.1.2 Определение к как Ек метод отображения.
1.4 Определение абсорбции.
1.5 Поверхностные явления.
1.6 Внутренняя точность спектроскопии Д1Э
1.7 Сравнение с другими спектроскопиями.
3 Экспериментальные результаты основные свойства ВС
3.1 Отличия от свободноэлектронных состояний
1.1.1 Металлы.
1.1.2 Полупроводники
1.1.3 Слоистые материалы
1.2 Многоэлектронные эффекты
1.2.1 Теория функционала плотности и многоэлектронные теории
1.1.2 Эффект пространственной локализации
1.3 Энергетическая зависимость абсорбции.
4 Техника спектроскопии ДНЭ.
4.1 Экспериментальная техника
1.1.1 Режим задерживающего поля
1.1.2 Техника траекторньгх расчетов
1.1.3 Результаты траекторных расчтов и оптимизация эксперимента по ДНЭ
1.2 Численное моделирование
1.2.1 Подходы полубесконечного кристалла.
1.1.2 Аппроксимации объмного кристалла
5 Применения в ФЭ спектроскопии.
5.1 Связь ДНЭ с ФЭ идея абсолютного определения к с помощью ДНЭФЭ.
1.2 Внутренняя точность ФЭ спектроскопии.
1.2.1 Внутреннее разрешение и внутренняя точность
1.1.2 Контроль условий ФЭ эксперимента.
1.3 Методы абсолютного определения к с помошыо спектроскопии ДЭФЭ
1.3.1 Определение к как Ек метод варьирования Ау
1.1.2 Определение к как к.,. прямой метод ФЭ отображения
1.1.3 Вопросы внутренней точности.
1.4 Новые эффекты в ФЭ
6 Выводы и перспективы.
Приложения.
1. Связь нсупругого и упругого абсорбированных токов
2. Решение секулярнот о уравнения для линейного по к псевдопогснпиала
Литература


В этом методе образец облучается, моноэнергетическими электронами, которые входят в кристалл и совершают излучательные переходы на более низколежащие состояния в зоне проводимости. При этом регистрируется интенсивность излучения при определённом угле падения электронов и /iv. Дальнейшее изложение даётся в применении к ФЭ с очевидными обобщениями для обратной ФЭ. Физические основы ФЭ определения ? Рис. Ферми Ер), к валентного состояния определяется на основании того, что в силу малости импульса фотона фотопереходы в объёме кристалла являются прямыми, т. ЗБ). Существуют два других режима ФЭ эксперимента: измерение F]' как функции /iv при фиксированной ? CFS -Constant Final State), и измерение Fh как функции ? Av, который называется режимом фиксированного начального состояния (CIS - Constant Initial Stale). К„ =jyj2mEkin sin а (ос - угол эмиссии относительно нормали). L остаётся неопределённой: поскольку поверхность нарушает трансляционную симметрию в перпендикулярном к ней направлении, при выходе фотоэлектрона в вакуум kL искажается. Поэтому её определения необходимо знать Е(к±) дисперсию ВС в объёме кристалла, где сохраняется трёхмерный к. Построение ФЭ энергии валентных состояний Е как функции к даст экспериментальную ? При этом изменение к// осуществляется через изменение угла эмиссии, а - через изменение hv. Следует отметить, что последнее требует использования синхротронного излучения с возможностью перестройки по hv. Контроль над к, - и тем самым над трёхмерным к - является главной и принципиальной проблемой ФЭ спектроскопии, для решения которой необходимо знание Е(к±) дисперсии ВС. Обычно для этой цели используется эмпирическая свободноэлектронная (СЭ) аппроксимация. Однако часто её применимость весьма ограничена из-за сильного рассеяния на кристаллическом потенциале (особенно для неметаллов с их слабой статической экранировкой). Применимость здесь каких-либо расчётов сдерживается значительными многоэлектронными эффектами, до сих пор не находящими точного теоретического описания. Попытки обойти данную проблему в рамках ФЭ спектроскопии (например, метод триангуляции на двух различных гранях [4,5]) непрактичны и ограничены отдельными точками в к-пространстве. Поэтому возникает необходимость в независимом экспериментальном методе исследования ? ВС с разрешением по к. Оптимальным методом независимого исследования Е(к) ВС с разрешением по к является, как было впервые показано в представляемой здесь серии работ автора [9-], спектроскопия дифракции низкоэнергетических электронов (ДИЭ). Её применение совместно с ФЭ спектроскопией основано на прямой связи процессов ДНЭ и ФЭ: электронные состояния дифракции являются обращёнными во времени конечными состояниями ФЭ. Тогда комбинированная спектроскопия ДНЭ-ФЭ обеспечивает свободное от аппроксимаций определение валентной ? ВС. Следует отметить, что экспериментальная простота спектроскопии ДНЭ позволяет применять её для контроля параметров ? Хотя измеряемые при этом ВС непосредственно и не относится электронным состояниям в окрестности определяющим функционирование приборов, изменения этих состояний взаимосвязаны. Основные цели и задачи работы. Основной целью диссертационной работы являлась разработка спектроскопии ДНЭ во всех сё основных аспектах как метода исследования зонной структуры ? ДНЭ как метода количественного определения ? В англоязычной литературе употребляется название Very-Low-Energy Electron Diffraction (VLEED). ДНЭ совместно с ФЭ спектроскопией для решения фундаментальной проблемы экспериментальной физики твёрдого тела определения электронной структуры твёрдых тел с разрешением по трёхмерному к. ФЭ спектроскопии с применением ряда нетрадиционных методик и использованием синхротронов 2-го поколения с автоматизированными системами сбора экспериментальных данных. Основные результаты, выносимые на защиту. ФЭ эксперимен та и многоэлектронных эффектов. Научная новизна и значимость работы. Все перечисленные выше результаты получены впервые. Представленная в настоящей диссертационной работе всесторонняя разработка теоретических, экспериментальных и методологических основ спектроскопии ДНЭ как метода исследования ?