спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния

Термин

спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния

Термин на английском

Rutherford backscattering spectroscopy

Синонимы

спектроскопия рассеяния быстрых ионов

Аббревиатуры

РОР, RBS

Связанные термины

Определение

разновидность спектроскопии ионного рассеяния, основанная на анализе энергетических спектров ионов He⁺ или протонов с энергией ~1-3 МэВ, рассеянных в обратном направлении по отношению к исследуемому образцу.

Описание

Спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния позволяет получать информацию о химическом составе и кристалличности образца как функции расстояния от поверхности образца (глубины), а также о структуре поверхности монокристаллического образца.

Химический анализ с разрешением по глубине основан на том, что легкий высокоэнергетический ион может проникнуть глубоко внутрь твердого тела и рассеяться обратно от глубоко лежащего атома. Энергия, потерянная ионом в этом процессе, представляет собой сумму двух вкладов. Во-первых, это непрерывные потери энергии при движении иона вперед и назад в объеме твердого тела (так называемые потери на торможение). Скорость потери энергии на торможение (stopping power, dE/dx) табулирована для большинства материалов, что позволяет перейти от шкалы энергий к шкале глубин. Во-вторых, это разовая потеря энергии в акте рассеяния, величина которой определяется массой рассеивающего атома. В качестве примера на рис. 1 приведена схема формирования спектра от образца, представляющего собой тонкую пленку на подложке. Пленка толщиной d проявляет себя на спектре в виде плато шириной ?E. Правый край плато соответствует ионам, упруго рассеянным от поверхности, левый край – ионам, рассеянным от атомов пленки на границе раздела пленка-подложка. Рассеяние от атомов подложки на границе раздела соответствует правому краю сигнала подложки.

Для исследования структуры монокристаллических образцов с помощью спектроскопии резерфордовского обратного рассеяния используется эффект каналирования. Эффект заключается в том, что при ориентации пучка ионов вдоль основных направлений симметрии монокристаллов те ионы, которые избежали прямого столкновения с атомами поверхности, могут проникать глубоко в кристалл на глубину до сотен нм, двигаясь по каналам, образованным рядами атомов. Сравнивая спектры, полученные при ориентации пучка ионов вдоль направлений каналирования и вдоль направлений, отличных от них, можно получить информацию о кристаллическом совершенстве исследуемого образца. Из анализа величины так называемого поверхностного пика, являющегося следствием прямого столкновения ионов с атомами поверхности, можно получить информацию о структуре поверхности, например, о наличии на ней реконструкций, релаксаций и адсорбатов.

Авторы

• Зотов Андрей Вадимович, д.ф.-м.н.
• Саранин Александр Александрович, д.ф.-м.н.

Ссылки

1. Введение в физику поверхности: Пер. с англ. / Оура Кендзиро, Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Зотов А.В., Катаяма М. - М. Наука, 2006. - 490 с.

Иллюстрации

Рис. 1. Схематическая диаграмма спектра ионов с массой m1 и первичной энергией E0, рассеянных от образца, состоящего из подложки из атомов с массой m2 и пленки из атомов с массой m3 толщиной d. Для простоты и пленка, и подложка считаются аморфными, чтобы избежать структурных эффектов. Источник: Feldman L.C., Mayer J.W., Picraux S.T. Materials analysis by ion channeling: Submicron crystallography. - N.Y.: Acad press, 1982 - 300 p.

Теги

Разделы

Аналитические методы (в том числе анализ поверхности)
Методы диагностики и исследования наноструктур и наноматериалов

(Источник: «Словарь основных нанотехнологических терминов РОСНАНО»)