Анализ протяженной тонкой структуры спектров потерь энергии электронов (EELFS) для определения атомной структуры поверхности твердых тел

• Автор: Вайнштейн, Дмитрий Львович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 92 с. : ил.

1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ИЗУЧЕНИЯ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
1.1. Оценка атомной структуры на поверхности методом БЕЕО. Основные ограничения
МЕТОДА
1.2. Сканирующий туннельный микроскоп
1.3. Механизм возникновения структурно-зависимых осцилляций на электронных
СПЕКТРАХ ВБЛИЗИ ФОТОЭЛЕКТРОННЫХ ЛИНИЙ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СЛОЖНОСТИ, ВОЗНИКШИЕ ПРИ ПЕРВЫХ РЕАЛИЗАЦИЯХ МЕТОДА ЕЕи^
2. МЕТОДИКА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ОБ АТОМНОЙ СТРУКТУРЕ ПОВЕРХНОСТИ ИЗ ЭЛЕКТРОННЫХ СПЕКТРОВ
2.1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРЕИМУЩЕСТВА РАЗРАБАТЫВАЕМОГО МЕТОДА ЕЕЬЕ5/ЕЕЕЕА8 ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПОВЕРХНОСТИ
2.2. Анализ влияния различных факторов на чувствительность и точность метода
2.2.1. Плазмоны
2.2.2. Спектр неупруго рассеянных электронов и аппаратные искажения спектра
2.2.3. Влияние случайных погрешностей (шумов)
2.2.4. Влияние разрешения спектрометра по энергии на качество определения параметров
атомной структуры поверхности
2.3. Корректность результатов ЕЕ1Т8 и разрешение межатомных расстояний
3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЕЕЫ^ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РАВНОВЕСНЫХ СЕГРЕГАЦИЙ ЗАМЕЩЕНИЯ И ВНЕДРЕНИЯ В СТАЛЯХ
3.1. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
3.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
4. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЕЕ!^ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ
АЛЛОТРОПИЧЕСКИХ МОДИФИКАЦИЙ УГЛЕРОДА
4.1. Материалы и методика исследований
4.2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.2.1. Алмазоподобные углеродные покрытия на углеродном волокне
4.2.2. Аморфные водородсодержащие углеродные пленки (а-С:Н)
5. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ЕЕЬЕв ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ НА ПОВЕРХНОСТИ ИЗНОСА РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ УПРОЧНЕННЫХ МНОГОСЛОЙНЫМИ ИЗНОСОСТОЙКИМИ ПОКРЫТИЯМИ
5.1. Материалы и методика исследований
5.2. Термодинамические основы процессов самоорганизации
5.3. Результаты исследований
3.3.1. Исследование износостойкости инструментальных материалов
3.3.2. Исследование изменения химического и фазового составов контактной поверхности
инструмента при его износе
5.4. Результаты испытаний концевых фрез
6. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ КЛАСТЕРОВ ПО ДАННЫМ ЕЕЕГв
ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Цель работы.
Разработка метода определения межатомных расстояний в поверхностных слоях толщиной несколько атомов с использованием электронного спектрометра.
Актуальность работы.
В настоящее время в связи с бурным развитием таких отраслей науки и техники, как физика твердого тела, физика и химия полупроводников, металлургия, вычислительная и радиотехника, возникают задачи по созданию материалов с особыми свойствами и разработке новых тонких физических методов их исследования. В различных отраслях техники все большее значение приобретают технологии обработки поверхности для обеспечения нужных эксплуатационных свойств материалов, как традиционные (химико-термическая обработка, ТВЧ-закалка), так и новые (лазерное и электронное облучение, плазменное напыление, ионная имплантация и др.). Поэтому все большее внимание исследователей обращено на изучение явлений, происходящих на внешних и внутренних поверхностях раздела, с целью разработки новых методов поверхностной обработки, оптимизации технологии и контроля качества продукции.
В связи с этим среди методов исследования физических и химических свойств твердых тел все более важное место занимают различные методы исследования поверхности. Эти методы основаны на взаимодействии первичного излучения с веществом и регистрации вторичного излучения. В качестве первичного излучения, а также источника информации об объекте может быть использовано электромагнитное излучение с различной длиной волны, ускоренные до различной энергии электроны или ионы. Соответственно большое количество комбинаций первичного и регистрируемого излучений является основой для создания широкого
спектра методов исследования поверхности. Для различных методов электронной спектроскопии информацию об объекте получают при анализе энергетического спектра электронов, излученных образцом под действием первичного источника энергии. В качестве первичного источника может использоваться мягкое рентгеновское излучение (рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия — РФС (XPS), ЭСХА (ESCA)), ультрафиолетовое излучение (ультрафиолетовая фотоэлектронная спектроскопия — УФС (UPS)), первичные электроны с различной энергией (спектроскопия Оже-электронов — ОЭС (AES)). Основным достоинством этих методов является получение информации о составе и структуре объекта из очень тонких (порядка нескольких атомов) поверхностных слоев, что часто делает эти методы незаменимыми, несмотря на весьма высокую стоимость исследований из-за применения дорогостоящей аппаратуры и высокой квалификации проводящих исследования специалистов.
Современные спектрометры позволяют проводить комплексные исследования поверхности твердых тел в одной рабочей камере, оснащенной различными источниками и анализаторами.
Традиционные методы исследования атомно-кристаллической структуры твердых тел дают информацию о структуре слишком толстых слоев. Специальные методы, позволяющие получить информацию от нескольких атомных слоев, либо малодоступны и крайне дорогостоящи (модификация EXAFS для исследования поверхности — SEXAFS), либо дают неоднозначные в трактовке результаты для систем, содержащих более 3 сортов атомов на поверхности (LEED, различные варианты сканирующей туннельной микроскопии).

износостойкость, химическую стойкость [30], оптические свойства [31]. Основной характеристикой межатомных связей является количественная оценка долей Бр3 и ер2 гибридизации в связях С-С и С-Н. Структура аморфных пленок определяется как набор межатомных расстояний в кластерах графитного и алмазного типов. Эти параметры атомной и электронной структуры существенно зависят от условий их конденсации [32].
В настоящее время количественные оценки электронной конфигурации получают в результате сложных экспериментов с использованием Рамановской [33],
Рис. 4-7. Спектры потерь энергии электронов: а — спектр потерь вблизи упругой линии; б — разделение плазменного пика; в — разделение плазмонного пика.
рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии [34], спектроскопии характеристических потерь энергии электронов [27]. Последний метод был использован нами выше для характеристики л- и ст-связей в а:С-Н пленках.
Следует отметить, что информативные исследования атомно-кристаллической структуры этих пленок отсутствуют в литературе до настоящего времени, в