Ni és Ge felületi rétegekb l keltett K-Auger spektrumok elemzése Analysis of K-Auger spectra excited from surface layers of Ni and Ge



Hasonló dokumentumok
Zárójelentés. Az atomi környezet hatása erősen kötött elektronok átmeneteire c. T sz. OTKA témáról

Pásztázó elektronmikroszkóp. Alapelv. Szinkron pásztázás

Az elektronspektroszkópia kísérleti módszerei (XPS, AR-XPS, AES, XAES, REELS)

Az atomi környezet hatása a rezonáns és nem rezonáns belsőhéj átmenetekre Az OTKA sz. kutatási pályázat zárójelentése

IMFP meghatározása Co, Cu, Ge, Si és Au mintákban 56

Röntgenkeltésű foto- és Auger-elektron spektrumok modellezése klaszter molekulapálya módszerrel. Cserny István

Nagyenergiájú Auger elektronok keltését kísér gerjesztési és elektrontranszport folyamatok szilárd anyagokban

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Modern fizika laboratórium

Milyen simaságú legyen a minta felülete jó minőségű EBSD mérésekhez

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Energia-diszperzív röntgen elemanalízis

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Bevezetés a modern fizika fejezeteibe. 4. (a) Kvantummechanika. Utolsó módosítás: november 15. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv

Abszorpció, emlékeztetõ

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

A HÉLIUM AUTOIONIZÁCIÓS ÁLLAPOTAI KÖZÖTTI INTERFERENCIA (e,2e) KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez


6-7. PÁSZTÁZÓ ELEKTRONMIKROSZKÓPIA MEGBÍZHATÓSÁGI HIBAANALITIKA VIETM154 HARSÁNYI GÁBOR, BALOGH BÁLINT

RÖNTGEN- ÉS ELEKTRONGERJESZTÉSES ELEKTRON- SPEKTROMETRIAI MÓDSZEREK ÉS ALKALMAZÁSAIK

Elektronmikroszkópia. Nagy Péter Debreceni Egyetem, Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet 1/47

Röntgen-gamma spektrometria

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Mikroszerkezeti vizsgálatok


Új megközelítésű adatértékelési módszerek elektronspektroszkópiai problémákhoz és azok megvalósítása számítógéppel. Akadémiai doktori értekezés

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Röntgendiagnosztika és CT

I. DOZIMETRIAI MENNYISÉGEK ÉS MÉRTÉKEGYSÉGEK

3. (b) Kereszthatások. Utolsó módosítás: április 1. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék


Elektronsugaras mikroanalízis restaurátoroknak. I. rész: pásztázó elektronmikroszkópia

Röntgen. W. C. Röntgen. Fizika-Biofizika

3 He ionokat pedig elektron-sokszorozóval számlálja. A héliummérést ismert mennyiségű

A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

11. tétel - Elektromágneses sugárzás és ionizáló sugárzás kölcsönhatása kondenzált anyaggal, áthatolóképesség, záporjelenségek.

A Mössbauer-effektus vizsgálata

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

beugro

Képalkotás a pásztázó elektronmikroszkóppal

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

Mézerek és lézerek. Berta Miklós SZE, Fizika és Kémia Tsz november 19.

Hogyan bírhatjuk szóra a molekulákat, avagy mi is az a spektroszkópia?

Femtoszekundumos felületi plazmonok által keltett elektronnyalábok vizsgálata

Tematika FELÜLETVIZSGÁLATI MÓDSZEREK. Dobos Gábor

Röntgendiagnosztika és CT

Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1. Fény kölcsönhatása az anyaggal. 2. Ionizáló sugárzás kölcsönhatása az anyaggal KAD

Gamma-röntgen spektrométer és eljárás kifejlesztése anyagok elemi összetétele és izotópszelektív radioaktivitása egyidejű elemzésére

Dankházi Z., Kalácska Sz., Baris A., Varga G., Ratter K., Radi Zs.*, Havancsák K.

Gamma-spektrometria HPGe detektorral

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Z bozonok az LHC nehézion programjában

Szinkrotronspektroszkópiák május 14.

A sötét anyag nyomában. Krasznahorkay Attila MTA Atomki, Debrecen

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

11. Oxid rétegek vizsgálata XPS-sel,

Munkagázok hatása a hegesztési technológiára és a hegesztési kötésre a CO 2 és a szilárdtest lézersugaras hegesztéseknél

Prompt-gamma aktivációs analitika. Révay Zsolt

Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

3. GAMMA-SUGÁRZÁS ENERGIÁJÁNAK MÉRÉSE GAMMA-SPEKTROMETRIAI MÓDSZERREL

Modern Fizika Laboratórium Fizika és Matematika BSc 8. Alkáli spektrumok

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Szilárdtestek el e ek e tr t o r n o s n zer e k r ez e et e e t

ATOMMODELLEK, SZÍNKÉP, KVANTUMSZÁMOK. Kalocsai Angéla, Kozma Enikő

Ricz Sándor. MTA Atommagkutató Intézete. SZFKI, Budapest

Radioaktív sugárzás és anyag kölcsönhatásán alapuló a szerkezet- és felületvizsgálatok

Az elektromágneses hullámok

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

Magyarkuti András. Nanofizika szeminárium JC Március 29. 1

Talián Csaba Gábor Biofizikai Intézet április 17.

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

2010. január 31-én zárult OTKA pályázat zárójelentése: K62441 Dr. Mihály György

Orvosi biofizika II. Orvosi Biofizika II. Az X-sugár. Röntgen- sugárzás Előállítás, tulajdonságok

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

Röntgendiagnosztikai alapok

Magspektroszkópiai gyakorlatok

Thomson-modell (puding-modell)

IDTÁLLÓ GONDOLATOK MOTTÓK NAGY TERMÉSZET TUDÓSOK BÖLCS GONDOLATAIBÓL A TUDOMÁNY ÉS A MINDEN NAPI ÉLET VONAKOZÁSÁBAN

MTA AKI Kíváncsi Kémikus Kutatótábor Kétdimenziós kémia. Balogh Ádám Pósa Szonja Polett. Témavezetők: Klébert Szilvia Mohai Miklós

FOTOSZINTETIKUSAN AKTÍV SUGÁRZÁS GLOBÁLSUGÁRZÁS

lehetővé, hogy a 60-as évektől újraéledhessen az atomi elektronburok tulajdonságainak vizsgálata. A nagy energiájú atomi ütközések - amikor is a

SZERKEZETVIZSGÁLAT LABORATÓRIUM. Röntgen fotoelektron-spektroszkópia (ESCA)

A kémiai kötés magasabb szinten

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Magasabb rendő folyamatok foton- és töltött részecske-atom ütközésekben. Higher-order processes in photon- and charged particle-atom.

Átírás:

Ni és Ge felületi rétegekb l keltett K-Auger spektrumok elemzése Analysis of K-Auger spectra excited from surface layers of Ni and Ge doktori (PhD) értekezés tézisei abstracts of Ph.D. thesis Egri Sándor Debreceni Egyetem Természettudományi Doktori Tanács Fizikai Tudományok Doktori Iskola Debrecen, 2007

Bevezetés A foton indukált elektronspektroszkópiai módszerek a felületkutatás számos területén alkalmazhatóak és jól használhatóak az anyag elektronszerkezetének tanulmányozására. A szélesebb körben elterjedt kis energiájú (0,5 kev-2kev) röntgen gerjesztést használó röntgen-fotoelektron spektroszkópia (XPS, X-ray Photoelectron Spectroscopy) és röntgen gerjesztés Auger-elektron spektroszkópia (XAES, X-ray Auger Electron Spectroscopy) által vizsgált elektronok a felület közeli, néhány nm mélyen elhelyezked rétegekb l származnak. Az utóbbi évek technológiai fejl dése révén lehet vé vált nagyobb gerjesztési energiák (2keV-10keV) használata, illetve a nagyobb kinetikus energiájú foto és Auger-elektronok megfelel pontosságú energia analízise. Ennek nyomán mind gyakoribbak a nagy energiájú elektronspektroszkópiai vizsgálatok, amelyek során a nagyobb rendszámú elemek bels héját ionizálják. A nagy energiájú gerjesztést használó módszerek kiszélesítik az elektron spektroszkópia lehet ségeit. Használatuk során a felületi hatások szerepe csökken, az információs mélység 20-30 nm-re n, ami csökken felbontás mellett - lehet vé teszi mélyebben eltemetett rétegek roncsolás mentes vizsgálatát. A felületanalitikai alkalmazások mellett a nagy energiájú elektronspektroszkópia megkívánja és el segíti a spektrumok kialakításában részt vev, a bels héj ionozációját követ fizikai folyamatok mélyebb megértését, lehet séget nyújt az elméleti modellek érvényességének vizsgálatára. A nagy energiájú Auger-és fotoelektron spektrumok elemzése, az elemi összetételre és a kémiai állapotra vonatkozó információk kinyerése során figyelembe kell venni az atomot elhagyó elektronnak a mintán való áthaladása során bekövetkez többszörös rugalmas és rugalmatlan szóródását (transzport folyamatok). A minta szórási tulajdonságainak meghatározására alkalmas kísérleti módszer az elektron energiaveszteségi spektroszkópia (EELS, Electron Energy Loss Spectroscopy) és a visszaszórt elektronok energiaveszteségi spektroszkópiája (REELS, Reflected Electron Energy Loss Spectroscopy) amely során az anyagba behatoló és ott rugalmatlanul is szóródó elektronokat vizsgálják. A spektrum alakjának kialakításában a transzport folyamatok mellett az Augerátmenet fizikai sajátosságai, valamint az átmenetet kísér un. szekunder folyamatok is szerepet játszanak, a K-Auger-spektrumok elemzése hozzájárul az Auger-átmenetet kísér fizikai folyamatok természetének mélyebb megértéséhez. 1

Az Auger-átmenet energiája csak a végállapoti vakanciák kölcsönhatásának figyelembe vételével értelmezhet. Lényeges kérdés, hogy milyen modell írja le jól a kísérletek eredményeit. Az elektronkorreláció figyelembe vétele a kvantumfizikai számolások sarkalatos pontja, de lényeges kérdés a magtöltés leárnyékolódásának hatása is az Auger-átmeneti energiákra. A spektrumok elemzése során lehet vé válik a fotoionizációt kísér kezdeti vagy végállapoti shake-folyamatok vizsgálata, megfigyelhet a valencia sávbeli állapots r ség (DOS, density of states) hatása a spektrum alakjára, vizsgálhatóak a bels héjak ionizációját kísér Coster-Kronig-folyamatok, Auger-kaszkádok. A vizsgált problémák, alkalmazott módszerek Munkám nagy energiájú Ni és Ge elektron-spektrumaival foglalkozik. Els ként polikristályos germánium film felületér l visszaszórt 200eV-5keV energiájú elektronok 0,4-0,6 ev energiafelbontású (REELS) spektrumait vizsgáltam. A detektált elektronok pályáját Monte Carlo szimulációval modelleztem, és a kapott ütközési statisztika felhasználásával eltávolítottam a mért spektrumokból az anyag belsejében lezajló többszörös rugalmas és rugalmatlan szórás hatását. A korrigált spektrumokból meghatároztam a különböz primer elektron energiák esetén a mérés geometriájára jellemz felületi gerjesztési paramétert (SEP, Surface Excitation Parameter, a felület egyszeri átlépése során az elektron által keltett felületi gerjesztések átlagos száma). A SEP függését a felületi réteget átlép elektron haladási irányától és energiájától a módosított Oswald formulával közelítve germániumra meghatároztam a felületi gerjesztések er sségét jellemz már csak a vizsgált minta anyagától függ paramétert, amelyet a kés bbi Ge Auger-és Ge 2s fotoelektron spektrumok elemzése során használtam fel. Szinkrotron sugárzással keltett 4, 8, 6 kev energiájú fotonokkal gerjesztett Ge 2s fotoelektron spektrumokat vizsgáltam. A spektrumokból a Parciális Intezitások Analízise (PIA, Partial Intensity Analysis) módszerrel eltávolítottam az anyag belsejében illetve a felület közelében lezajló energiaveszteségi folyamatok (tömbi és felületi gerjesztések), valamint a fotoionizáció során a 2s héjon hirtelen megjelen vakancia hatását (bels, intrinsic gerjesztés). A megmaradó fotoelektron csúcs az elektron-lyuk párkeltés hatását tükröz aszimmetrikus 2

Donijah-Sunjic-alakot mutat. Ezeket az eredményeket munkámban a PIA módszer alkalmazásának illusztrálásra használom fel. Fékezési sugárzással gerjesztett 8,5keV energiájú Germánium KL 23 L 23 Augerelektronok spektrumait vizsgáltam. A mintában bekövetkez rugalmatlan szóródás hatását a Parciális Intenzitások Analízisével és a Tougaard-féle háttérkorekciós eljárással is figyelembe vettem, míg az intrinsic gerjesztések hatását aszimmetrikus Lorentz alakú összetett csúcsok használatával. Azonosítottam a KL 23 L 23 Auger-diagram vonalakat, meghatároztam a tekintett vonalak relatív energiáit, intenzitásait, természetes szélességeit, valamint a legintenzívebb vonal abszolút energiáját. 9200 ev energiájú szinkrotron sugárzással keltett nikkel KLM Augerspektrumokat vizsgáltam. Ez az irodalomban az els, a nikkel KLM Augerspektrumával foglalkozó kísérletes munka. A mintában bekövetkez rugalmatlan szóródás hatását a Parciális Intenzitások Analízisével, az intrinsic gerjesztések hatását aszimmetrikus Lorentz alakú összetett csúcsok használatával vettem figyelembe. Azonosítottam a KLM Auger-diagram vonalakat, meghatároztam a tekintett vonalak relatív energiáit, intenzitásait, természetes szélességeit, valamint a legintenzívebb vonal abszolút energiáját. Megmutattam, hogy a spektrum alakjának magyarázatához figyelembe kell venni a diagram vonalak multiplett felhasadását, valamint az Auger-átmenettel vetélked, a minta belsejéb l származó karakterisztikus röntgen-fotonok által keltett 3s és 2p fotoelektronok hatását. Új tudományos eredmények 1. A Ge felületi gerjesztési paramétere 500, 1000, 2000, 5000 ev primer energiájú elektronokkal polikristályos Ge filmb l keltett nagy energiafelbontású (0.4-0.6 ev) REELS spektrumok analízisével, a Parciális Intenzitások Analízise módszer alkalmazásával meghatároztam a visszaszórt és detektált elektronok által a felület átlépése során keltett felületi plazmonok átlagos számát (integrális felületi gerjesztési paraméter Surface Excitation Parameter, SEP), valamint a felületi gerjesztés er sségét jellemz anyagfügg paramétert. Az eljárás során a mintában bekövetkez 3

többszörös elektronszórás modellezésére az általam írt Monte Carlo szimulációt használtam. [1] 2. A Ge KLL Auger-spektruma (a) Polikristályos, 100 nm vastagságú Ge mintából röntgen fotonokkal gerjesztett KL 23 L 23 Auger-elektronok spektrumából meghatároztam a diagram Augerátmenetek energiáit. Eredményeimet összehasonlítottam az irodalomban korábban közölt átmeneti energiákkal, melyeket vékony rétegen áthaladó elektronok által keltett, valamint radioaktiv As mintában bekövetkez elektronbefogást követ en mért Auger-spektrumok vizsgálatával kaptak. Az általam meghatározott, a KL 23 L 1 23 D 2 csúcs energiájához viszonyított relatív átmeneti energiák általában jól egyeznek a korábbi kísérletek, valamint elméleti számítások eredményeivel. A KL 23 L 1 23 D 2 vonal abszolút energiája hibahatáron belül egyezik a radioaktív mérések során kapottal, ami azt jelenti, hogy a két esetben az Auger-folyamat kissé eltér kezdeti állapota nem befolyásolja számottev en az átmenet energiáját. [2] (b) Az 1 D 2 csúcsot követ els, intenzív plazmon csúcs relatív energiája esetében az általam kapott eredmény körülbelül 4 ev-al nagyobb, mint a Went és Vos által kapott érték. Ennek egyik oka, hogy a rugalmatlanul szóródott elektronok járulékának eltávolításakor általuk használt energiaveszteségi eloszlást a 10 nm vastag mintán áthaladó elektronok veszteségi spektrumából határozták meg, ami a felületi és a többszörös tömbi plazmonok járulékait is tartalmazta. E miatt a rugalmatlanul szóródott elektronok járulékán túl - a háttérkorrekció eltávolította az 1 D 2 csúcs alacsony energiájú oldalán lev struktúra ( 1 S 0 csúcs és az intrinsic plazmon) intenzitásának jelent s részét is és a plazmon energiájának eltolódását eredményezte. [2] 4

(c) Az Auger-elektronok többszörös szóródását figyelembe véve meghatároztam a diagram vonalak, valamint a KL 23 L 1 23 D 2 csúcs közelében megjelen szatellit relatív intenzitását a KL 23 L 1 23 D 2 vonaléhoz képest. Eredményeimet összehasonlítva a vékony rétegen áthaladó elektronok által keltett, valamint radioaktiv As mintában bekövetkez elektronbefogást követ en emittált Augerelektronok spektrumának vizsgálatával korábban kapottakkal az utóbbi estében jó egyezést találtam, de jelent s eltérést figyeltem a vékony réteg mintát alkalmazó mérés eredményeit l. Az 1 S 0 vonal, és a szatellit esetében az eltérés egyik oka a korábban alkalmazott háttérkorrekciós eljárás pontatlansága a felhasznált energiaveszteségi spektrumban megjelen felületi és többszörös tömbi gerjesztések hatása miatt, a 3 P 0 vonal esetében a 3 P 2 diagram átmenetb l származó elektronok intrinsic energiaveszteségének figyelmen kívül hagyása a korábbi munkában. Eredményeim jó egyezést mutatnak az impulzusmomentumok közbens csatolási módját feltételez relativisztikus számításokkal. [2] 3. A Ni KLM Auger-spektruma (a) Meghatároztam a Ni KLM Auger-spektrumában azonosított diagram vonalaknak az 1 D 2 vonal energiahelyzetéhez viszonyított relatív energiáit, s így a megfelel relatív Ni KLM Auger-átmeneti energiákat. A kapott eredményeket a relativisztikus közelítésben végzett, az impulzusmomentumok csatolását a közbens csatolási modell alapján figyelembe vev elméleti számítás eredményével összehasonlítva általában egyezést találtam, az eltérés az M 45 héjakat tartalmazó átmenetek esetén volt nagyobb. A spektrum értelmezéséhez a kisebb rendszámú 3d átmeneti fémekre vonatkozó korábbi munkák során vizsgált spektrumokénál nagyobb energiafelbontás és jó gy jtési statisztika miatt 9 vonal helyett 13 vonal feltételezésére volt szükség. Az új vonalak megjelenése a spektrumban részben a közbens csatolási modell által jósolt multiplett felhasadással, részben a K héjon keltett kezdeti vakancia sugárzással történ elbomlásából ered karakterisztikus röntgenfotonok által keltett fotoelektronok hatásával magyarázható. [3] 5

(b) Meghatároztam a Ni KLM Auger-spektrumában megjelen, diagram átmenetekhez tartozó vonalaknak a legintenzívebb, KL 2 M 23 vonaléhoz viszonyított relatív intenzitásait. Eredményeimet az impulzusmomentumok közbens csatolását feltételez relativisztikus számítással összevetve megfelel egyezést találtam még a KL 3 M 23 vonal esetében is. Az impulzusmomentumok jj csatolását feltételez modell e vonal esetében a mért érték közel kétszeresének megfelel relatív intenzitást jósol. A Ni KLM Auger-vonalak mért relatív intenzitás értékei jól illeszkednek a kisebb rendszámú 3d átmeneti fémek esetében röntgen gerjesztéssel keltett és radioaktív mintából emittált KLM Auger-spektrumok analízise során korábban kapott eredményekkel. [3] 6

Az értekezés témájában megjelent közlemények: 1. Werner W.S.M., Kövér L., Egri S., Tóth J., Varga D.: Measurement of the surface excitation probability of medium energy electrons reflected from Si, Ni, Ge and Ag surfaces. Surface Science 585 (2005) 85 2. Kövér L., Egri S., Berényi Z., Tóth J., Cserny I., Varga D.: Photoinduced KL 23 L 23 Auger transitions in Ge thin films. Journal of Photoelectron Spectroscopy and Related Phenomena 159 (2007) 8 3. Egri S., Kövér L., Cserny I,. Drube W.: Experimental investigation of X-ray excited KLM Auger spectra of Nickel. Beküldve a Journal of Photoelectron Spectroscopy and Related Phenomena folyóirathoz. 4. Kövér L., Egri S., Cserny I., Berényi Z., Tóth J., Végh J., Varga D., Drube W.: Intrinsic excitations in deep core Auger and photoelectron spectra of Ge and Si. Journal of Surface Analysis 12 (2005) 146 5. Kövér L., Novák M., Egri S., Cserny I., Berényi Z., Tóth J., Varga D., Drube W., Yubero F., Tougaard S., Werner W.S.M.: Intrinsic and extrinsic excitations in deep core photoelectron spectra of solid Ge. Surface and Interface Analysis 38 (2006) 569 7