I bob. Ionli implantasiya usuli

11.BOB.QATTIQ JISM YUZALARINI VA YUPQA QATLAMLARNI O’RGANISh USULLARI EKSPERIMENTAL TEKShIRUVNING TEXNIK VA METODIKASI

2.1.OJE YeLEKTRON SPEKTROSKOPIYA USULI

Yelektromagnit nurlanishlar va zaryadlangan zarralar spektroskopiyasining turli xil usullari qattiq jism sirti va sirt oldi qatlamining tarkibini taxlil qilishga qo’llanilishi mumkin.

Yelektron spektroskopiya usuli u yoki bu g’allayonlantiruvchi faktor ta’siri ostida qattiq jism sirti chiqaruvchi yelektronlarning yenergetik spektirini o’lchashga asoslanadi.

Yelektron Oje – spektroskopiyada g’allayonlashtirish uchun birlamchi yelektronlar deb nomlanuvchi yelektronlar to’plami ishlatiladi. Odatda yenergiyasi 1 dan 25 keV gacha bo’lgan birlamchi yelektronlardan foydalaniladi. Birlamchi yelektronlar ta’sirida qattiq jismda yuz beruvchi jarayonlarni ko’rib chiqamiz. Birinchidan atomning yelektron qobig’i potensialida yelektronlarning yelastik sochilishi mavjuddir. Namunani bir yoki bir necha yelastik sochilishlardan so’ng tark yetgan yelektron birlamchi yelektronlar kabi yenergiyaga yega bo’ladi.

N oyelastik sochilishi natijasida birlamchi yelektronlar yenergiyasining bir qismi (2.1.1 – rasm) atomning ichki qobiqlardagi yelektronlarga beriladi. Yelektronlar yesa o’z navbatida noyelastik sochilgan birlamchi yelektronlar bilan birgalikda qattiq jism sirtidan uchib chiqadi. Bu yelektronlar ikkilamchi yelektronlar deb ataladi, hamda ularning spektrdagi miqdori yenergiya oshishi bilan tez tushub ketadi.

Noyelastik to’qnashish hisobiga atom qobig’ida hosil bo’lgan bo’shliq qisqa vaqt ichida (t~10¹⁶ s) yuqori satxdagi yelektronlar biri tomonidan to’ldiriladi. Ortiqcha yenergiya rentgen kvantlarini chiqarishga sarf qilinadi yoki bo’lmasa uchunchi yelektronga beriladi va u atom tomonidan chiqariladi.

Bu yelektronlarning kinetik yenergiyasi boshlang’ich (K satx), oraliq (L₁ satx) va yakuniy (L₂ satx) holatlarning potensial yenergiyasini farqiga bog’liq bo’ladi. Shuning uchun bu yelektronlarning yenergiya spektri har bir kimyoviy yelement atomlari uchun xarakterli bo’ladi.

Ortiqcha yenergiyani uchunchi yelektronga berish bilan atomning ichki qobiqlari orasida yuz beradigan yelektron o’tishlar hisobiga bo’shliqni to’lish jarayoniga Oje yeffekt deyiladi. Uchib chiqqan yelektronlarni yesa Oje – yelektronlari deyiladi. Shunday qilib yelektron oje spektroskopiyasi asosida quyidagi jarayonlar yotadi: birlamchi yelektron to’plam tomonidan atomning ichki satxlarni ionlashishi, nurlanishsiz Oje – o’tish va Oje – yelektronlarni vakuumga chiqishi, hamda yelektron spektrometr yordamida unig qayd qilinadi.

Y
elektronlar to’plami bilan g’allayonlangan kabi tezlashgan ionlar ta’sirida yoki rentgen kvantlarini fotoyelektronni chiqarish bilan yutilish hisobiga atomning ichki yelektron qobig’ida bo’shliq hosil bo’lganda Oje – yelektronlar chiqadi. Usullar mos ravishda ionli yoki rentgen g’allayonlanishli Oje spetroskopiyasi deb ataladi.

2.1.2 rasmda E_p yenergiyali yuqori yenergiyali birlamchi yelektronlar to’plami ta’sirida qattiq jism chiqaruvchi yelektronlarning spektri keltirilgan. Unda maksimal yenergiyasi Ye_p atrofida bo’lgan yelastik sochilgan yelektronlarning cho’qqisi va ikkilamchi yelektronlarning past yenergetik yo’llakchasi kuzatiladi. Oje – yelektronlar yesa ikkilamchi yelektronlar fonida yenergiya taqsimoti N(E) yegri chizig’ida katta bo’lmagan cho’qqilarni beradi. Oje – yelektronlarning spektrini ushbu fonda ajratish murakkab tajribaviy vazifadir. Birlamchi yelektronlar tomonidan g’allayonlangan Oje – yelektronlarini sirt komponensini aniqlashda ishlatiladigan usul 1953 yilda Lender tomonidan taklif qilingan. Biroq kimyoviy taxlilda Oje – spektroskopiyadan keng foydalanish, Xarris ikkilamchi va noyelastik sochilgan yelektronlar fonini bartaraf qilish uchun yenergiya taqsimoti N(Ye) yegri chizig’ini differensiallashni taklif qilgach,1968 yildan so’ng boshlandi. Misol tariqasida 2.1.3. rasmda kumushning Oje – spektri integral N(E) va differensial (dN/dE) shaklda keltirilgan.

2.1.3 –rasm. Kumushning Oje – spektri integral N(E) va differensial (dN/dE) shaklda keltirilgan.

Spektrdagi Oje – chiziqlarning yenergetik xolatlarini jism atomini yenergetik spektri bilan bog’liqligini batafsil ko’rib chiqamiz. Birlamchi bo’shliq atomning K – qobig’ida hosil bo’lgan bo’lib, unga mos keluvchi sath Ye_K yenergiyaga yega. U Ye_L1 yenergiyali L – qobig’dagi yelektron bilan to’ladi. Yenergiyalar farqi yesa L₂ sathdagi yelektronga beriladi. Oje – yelektron yenergiyasi

(1)

bo’ladi. Bu yerda j_A – spektrometrning taxlil qiluvchi yelektrodini chiqish ishi. Ko’rilgan Oje – o’tishni KL₁L₂ o’tish sifatida aniqlanadi. Turli yextimollik bilan bir qator bunga o’xshash o’tishlar bo’lishi mumkin (KL₁L₁, KL₁L₂, M₂M₄M₄). Oje – spektroskopiya usulining o’zigi xosligi shundaki Oje – yelektronlarning yenergiyasi g’allayonlantiruvchi to’plamdagi yelektronlar yenergiyasiga bog’liq bo’lmaganligi bo’lib, u yelement atomning yelektron sathlari yenergiyasi farqi bilan aniqlanadi.Oje – jarayonlarni bo’lishi uchun kamida ikkita yenergetik sath va uchta yelektron bo’lishi kerakligi uchun arim atomlarda Ҳ, Ҳye va Li Oje – yelektronlar hosil bo’lmaydi. Qolgan yelementlarni yesa EOS usuli bilan aniqlash mumkin. 4 rasmda yelektron Oje – spektraskopiyada yuz berish yextimolligi katta bo’lgan Oje – o’tishlar keltirilgan. Bular qo’shni orbitallar orasidagi yelektron o’tishlardir, ya’ni KLL, LMM, MNN, NOO va OOO.Yuqorida takidlab o’tilganidek ichki qobiqlarda bo’shliq to’lganda, xam Oje – yelektronlar yemissiyasi, xam rentgen kvantlarni nurlanishi yuz beradi. EOS usuli namuna sirt oldi qatlamning tarkibi haqida ma’lumot olish imkonini beradi. Bunga sabab Oje – yelektronlarga xos yenergiyadagi (50 – 2000 yeV) yelektronlarning o’rtacha yerkin yugirish yo’lining kichikligidir. O’z yenergiyasini plazmali tebranishlarni g’allayonlashtirishga, ichki qobiqlarni g’allayonlashtirishga yoki sohalar aro o’tishga bergan Oje – yelektronlar kuzatilayotgan xarakteristik Oje – cho’qqilaridan yo’qoladi va ikkilamchi yelektronlarning birjinsli fonining bir qismi bo’lib qoladi. 6 rasmda Oje – yelektronlarning chiqish chuqurligining ularning yenergiyasiga bog’liqligi keltirilgan. Oje – spektroskopiya usuli sirtdagi atom tarkibiga sezgir bo’ladi. Tekshirilayotgan namuna sirtida adsorbatning bir monoqatlami bo’lganida, Oje – spektrda adsorbatni tashkil qiluvchi moddaning chiziqlari ko’proq bo’ladi.Shuning uchun qattiq jismni Oje – spektroskopiya usuli yordamida taxlil qilishni o’ta yuqori vakuum (p~10¹⁰ Torr) sharoitida o’tqazish kerak.

Oje – yelektronlar yemissiyasida kimyoviy bog’ni hosil qilishda ishtirok yetuvchi atomlaning valent qobig’idagi yelektronlar ishtirok yetishi mumkin bo’lganligi uchun chiziq shakli va maksimal yenergiya modda atomning kimyoviy tabiatiga bog’liq bo’ladi. Bundan tashqari Oje – spektrdan tekshirilayotgan moddadagi kimyoviy bog’ haqida ma’lumot olish mumkin. Ikkita yoki ko’p miqdordagi atomlar orasida kuchli kimyoviy bog’ mavjud bo’lsa, ichki gibridlangan yelektron sathlar izolyasiya xolidagi atomlarning yenergiyasiga qaraganda bir necha yelektron voltga siljigan bo’ladi (kimyoviy siljish). Misol tariqasida 2.1.3 rasmda, kremniyning LVV o’tish sohasidagi yelementar kremniy va kremniy dioksididagi kremniy atomining differensial Oje – spektri keltirilgan

2.1.3. rasm. SiO₂ (76 yeV) va Si (92 yeV) uchun LVV o’tishga mos keluvchi kremnii Oje – yelektronlari spektri.

Ion bog’lanishda yelektro manfiy yelementlarning yelektron sathi past yenergiya tomon siljigan bo’lsa, yelekro musbat yelementlarniki yesa katta yenergiya tomon siljigan bo’ladi.

N
amunaning kichik o’tkazuvchanligi tufayli sirtda zaryad to’planganligi sababli spektrni siljishi mumkin. Bunda Oje – spektrda yenergetik chiziqlarni kengayishi va signal/shovqin nisbatni kamayishi yuz beradi.

Sirtda nolga teng bo’lmagan qandaydir j_s potensial mavjud bo’lib, u o’zgarishi mumkin (2.1.4 - rasm). Yelektron to’p yoqilganidan so’ng zaryad va toklarning qayta taqsimlanishi yuz beradi. Oje – yelektronlar toki kam bo’lganligi sababli toklar taqsimoti uchun ifoda quyidagicha bo’ladi:

Namuna orqali oqib o’tayotgan tok o’zgarma bo’lib, faqatgina namuna o’tkazuvchanligiga bog’liq bo’ladi. U xolda ifodadan ko’rinib turibdiki, toklarning qayta taqsimlanishiga birlamchi to’plam toki va ikkilamchi yelektronlar tokining o’zgarishi ta’sir qilishi mumkin. Birinchisi vaqt bo’yicha tokning no turg’unligi, fokuslovchi tizimning noturg’unligi va to’plamning siljishi natijasida o’zgarishi mumkin. Ikkinchisi yesa to’plam ikkilamchi yelektronlarning chiqish koyeffisiyentni boshqacha bo’lgan sohaga siljiganda o’zgarishi mumkin. Nisbatni o’zgarishi, j_A - j_S potensiallar farqini o’zgarishiga olib keladi va natija spektr chizig’i siljiydi.Yelektromagnit nurlanishlar va zaryadlangan zarralar spektroskopiyasining turli xil usullari qattiq jism sirti va sirt oldi qatlamining tarkibini taxlil qilishga qo’llanilishi mumkin.