Експериментальні методи вивчення електронної структури шаруватих напівпровідників - Реферат

Електронна зонна структура E(k) є фундаментальною характеристикою, що визначає більшість фізичних властивостей твердих тіл (наприклад, явища переносу, оптичні й фотоемісійні (ФЕ) властивості). Традиційними методами дослідження незаповнених високо лежачих станів є спектроскопія поглинання рентгенівських променів (XAS) [1], спектроскопія рентгенівських випромінювальних переходів (BIS) [1,2], спектроскопія характеристичних втрат енергії електронів внутрішніх оболонок (EELS) [1,3], обернена ФЕ-спектроскопія (IPES) [1,4,5], спектроскопія дифракції низько енергетичних електронів (ДНЕ-VLEED) [6,7], низько енергетична повторно-електронна емісійна спектроскопія (SEES) [8,9], рентгенівські емісійні спектри (XES) [10], низько енергетична спектроскопія повного струму (ПТ) - TCS [5,11,12] і її різновид - спектроскопія проходження низько енергетичних електронів (ПНЕ) - LEET [13-15].Рентгенівська і ультрафіолетова фотоелектронна спектроскопія базуються на аналізі розподілу за енергією фотоелектронів, які випромінюють атоми речовини при опроміненні її монохроматичним рентгенівським або ультрафіолетовим випромінюванням [16]. Під дією падаючого на кристал рентгенівського або ультрафіолетового випромінювання електрони збуджуються із валентних станів у зони провідності і далі після ряду складних процесів покидають зразок і реєструються у надвисокому вакуумі. Спектр цих фотоелектронів залежить від густини електронних станів валентних зон і зон провідності, їх симетрії, ймовірності переходів між зонами, точки переходу в зоні Бріллюена. У цьому сенсі цей метод не повязаний з явищем вторинної електронної емісії, оскільки електрони в цьому випадку випускаються поверхнею твердого тіла при опроміненні її фотонами. У фотоелектронній спектроскопії може бути використаний будь-який фотон, енергія якого перевищує роботу виходу електрона (ћ? > ?).Вимірюють кінетичну енергію електронів Е, фотоемітованих у вакуум під різними кутами до поверхні, визначаючи полярний кут q як кут між траєкторією електрона й зовнішньою нормаллю до зразка, а азимутальний кут j, як кут повороту навколо цієї нормалі. Дисперсію зон уздовж напрямку kz (у випадку кристала гексагональної симетрії напрямок Г - D - А-зони Брілюена) вивчають незалежно, розглядаючи спектр енергії електронів, що вилетіли нормально до поверхні, як функцію енергії падаючих фотонів. Ці електрони, непружно розсіюючись на вакантних електронних станах, локалізованих у приповерхневих шарах речовини, випускають гальмове випромінювання, енергія якого дорівнює різниці енергій збудливого випромінювання й енергії вакантного стану, з яким взаємодіє електрон, а інтенсивність пропорційна щільності вакантних станів при даній енергії. XES спектри утворюються при електронних переходах з остовних або валентних рівнів на більш низьку по енергії остовну вакансію, попередньо утворену збудливим рентгенівським випромінюванням. З аналізу цих спектрів одержують як структурну інформацію, аналізуючи енергетичне положення резонансів форми, так і інформацію про електронну структуру, аналізуючи допорогову й близьку тонку структуру спектрів, на формування яких впливають як одноелектронні, так і багатоелектронні механізми [19].Оптичні спектри формуються електронними переходами між заповненими й вакантними електронними станами під дією електромагнітного випромінювання в оптичному діапазоні довжин хвиль і повязані з комбінованою густиною станів валентної зони й зони провідності. Корисно зрівняти дані, отримані методом ARPES, з даними, отриманими оптичною спектроскопією й спектроскопією енергетичних втрат електронів (EELS).У спектроскопії повного струму вимірюється залежність струму в ланцюзі зразка від енергії падаючих електронів при підтримці постійного струму первинних електронів. Експериментально в методі СПС виміряються перша похідна від струму в ланцюзі зразка по енергії падаючих електронів . У режимі СПС паралельний пучок електронів із заданою фіксованою енергією направляється на поверхню зразка й реєструється струм у ланцюзі зразка як функція від енергії падаючих електронів [1]. Для виявлення тонкої структури реєструється перша похідна S(E)=di(E)/de від струму по енергії з використанням модуляції енергії падаючих електронів і фазового детектора для здійснення диференціювання. У методі спектроскопії повного струму записується струм електронів, що проходять у ланцюзі зразка, при опроміненні його поверхні незмінним по величині потоком первинних електронів, енергія яких рівномірно змінюється від 0 до 30 ЕВ.У основі більшості сучасних експериментальних методів дослідження поверхні лежить явище випускання твердими тілами вторинних електронів при їх бомбардуванні пучком первинних електронів. Причина цього ефекту полягає в тому, що первинні електрони, взаємодіючи з електронами твердого тіла, передають їм частину своєї енергії. Вторинні електрони мають енергії від нуля до енергії первинних електронів. Енергетичний розподіл вторинних електронів має складний характер і відбиває різноманітні, складні і часто повязані між собою

Зміст

Вступ

1. Рентгенівська і ультрафіолетова фотоелектронна спектроскопія

2. Фотоемісійна спектроскопія з кутовим розділенням

3. Спектроскопія оберненої фотоемісії (IPES)

4. Рентгенівська емісійна спектроскопія (XES)

5. Рентгенівська абсорбційна спектроскопія (РАС або XAFS)

6. Оптична спектроскопія

7. Спектроскопія повного струму шаруватих кристалів при електронному збудженні

8. Вторинна електронна емісія

Висновок

Література

Summary