Дифракция отраженных быстрых электронов

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчет дифракционной картины для пленок ОЦК-Fe,

^{Тема работы}

полученной методом дифракции отраженных быстрых электронов

Руководитель ____________ м.н.с., к.ф.-м.н.И.А. Яковлев

^{подпись, дата должность, ученая степень инициалы, фамилия}

Студент РФ13-01Б051313003 ___________ ____ В.В.Силкин

^{номер группы номер зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия}

Красноярск 2016

Оглавление

Введение. 3

1 Литературный обзор. 5

1.1 Рентгеновская дифракция. 5

1.2 Электронная микроскопия. 6

1.3 Дифракция отраженных быстрых электронов. 6

Цели и задачи. 7

2 Экспериментальное оборудование и методика эксперимента. 8

2.1 Аппаратура ДОБЭ.. 8

2.2 Анализ картин ДОБЭ.. 9

2.3 Дифрактометр отраженных быстрых электронов. 11

3 Экспериментальные результаты и обсуждения. 12

Выводы.. 16

Список литературы.. 17

Введение

Одна из основных проблем, стоящих перед электроникой, связана с требованием улучшения технических параметров электронных систем с одновременным уменьшением их габаритов и потребляемой энергии. Решение проблемы миниатюризации электронной аппаратуры связано с современным этапом развития электроники - микроэлектроникой. Микроэлектроника – это область электроники, охватывающая исследование, конструирование, производство и применение электронных функциональных узлов, блоков и устройств в микроминиатюрном интегральном исполнении [1]. В соответствии с используемыми конструктивно-технологическими и физическими принципами в микроэлектронике может быть выделено несколько взаимно перекрывающихся и дополняющих друг друга направлений: интегральная электроника, вакуумная микроэлектроника, оптоэлектроника и функциональная электроника и др. Наибольшее развитие получила интегральная электроника. Дальнейшее развитие микроэлектроники идёт главным образом в двух направлениях: повышение уровня интеграции и плотности упаковки в интегральных микросхемах, ставших традиционными; изыскание новых физических принципов и явлений для создания электронных устройств со схемотехническим или даже системотехническим функциональным назначением.

Современная микроэлектроника представляет собой научно-техническое направление, решающее проблему создания высоконадежных и микроминиатюрных электронных устройств, выпуск которых в условиях массового производства должен быть рентабельным и экономически целесообразным. Развитие микроэлектроники, конечной целью которой является разработка законченного устройства, выполняющего определенную радиоэлектронную функцию, стало возможным благодаря достижениям в области фундаментальных и прикладных наук [1].

Современная микроэлектроника, основанная на использовании интегральной планарной технологии, позволяет в едином технологическом цикле на основе кремниевой монокристаллической структуры создавать мозаики различных элементов, работающих независимо друг от друга. Но при создании таких низкоразмерных структур требуются высокоточные, быстродействующие и неразрушающие методики исследования структуры, чтобы контролировать процесс формирования заданных объектов. И одним из таких методов является дифракция рентгеновских лучей и электронов.

Литературный обзор

Рентгеновская дифракция

Рентгеновская дифракция — метод исследования структурных характеристик материала при помощи дифракции рентгеновских лучей (рентгеноструктурный анализ) на порошке или поликристаллическом образце исследуемого материала [2]. Также называется методом порошка. Результатом исследования является зависимость интенсивности рассеянного излучения от угла рассеяния. Соответствующий прибор называют порошковым дифрактометром. Преимуществом метода является то, что дебаеграмма для каждого вещества уникальна и позволяет определить вещество даже тогда, когда его структура не известна.

В ренгеновской дифракции монохроматический пучок рентгеновского излучения направляется на образец исследуемого материала, растертого в порошок. На фотопленке, свернутой цилиндром вокруг образца, изображение (дебаеграмма) получается в виде колец. Расстояние между линиями одного и того же кольца на дебаеграмме позволяет найти брэгговские углы отражения. Затем, по формуле Брэгга – Вульфа [2]:

(1)

можно получить отношение расстояния между отражающими плоскостями к порядку отражения.

Из данных рентгеновского анализа можно:

· определить качественный состав образца;

· определить кристаллическую структуру вещества;

· определить расположение атомов в элементарной ячейке (полнопрофильный анализ — метод Ритвельда);

· исследовать текстуру в поликристаллических материалах;

· исследовать фазовый состав вещества и изучить диаграммы состояния, оценить размер кристаллитов в образце, коэффициента теплового расширения, анализ минералов.

Электронная микроскопия

Электронный микроскоп — прибор, позволяющий получать изображение объектов с максимальным увеличением до 10⁶ раз, благодаря использованию, в отличие от оптического микроскопа, вместо светового потока, пучка электронов с энергиями 200 эВ — 400 кэВ и более (например, просвечивающие электронные микроскопы высокого разрешения с ускоряющим напряжением 1 МВ) [3].

Разрешающая способность электронного микроскопа в 1000—10000 раз превосходит разрешение традиционного светового микроскопа и для лучших современных приборов может быть меньше одного ангстрема. Для получения изображения в электронном микроскопе используются специальные магнитные линзы, управляющие движением электронов в колонне прибора при помощи магнитного поля.

Дифракция отраженных быстрых электронов

Дифракция отраженных быстрых электронов (ДОБЭ) является одним из дифракционных методов, который широко используется во многих сверхвысоких вакуумных (СВВ) установках для анализа поверхности. В ДОБЭ используются электроны высокой энергии 5–100 кэВ.

Чувствительность к структуре поверхности в ДОБЭ достигается тем, что первичный пучок падает на исследуемую поверхность под малым скользящим углом, а также тем, что детектируются только дифракционные пучки, выходящие под малыми углами к поверхности. В результате на всем своем пути свободного пробега электроны остаются в тонкой приповерхностной области. Этот метод хорошо зарекомендовал себя для анализа структуры поверхности [4].

Цели и задачи

1. Изучить методику дифракции отраженных быстрых электронов для исследования поверхности нанопленок.

2. Изучить методику расчета картин дифракции отраженных быстрых электронов для заданного материала.

3. Рассчитать картину ДОБЭ для монокристалла ОЦК-Fe и сравнить ее с экспериментальной картиной ДОБЭ для этого материала.