Методы диагностики поверхности.

Поверхностное состояние часто является специфическим. Обработка поверхности и поверхностные процессы имеют большое значение в технологических процессах разного рода, в электронике и при работе с мелкодисперсными материалами. По мере уменьшения предметов труда поверхность будет иметь всё более и более большее значение.

Любой пространственный объект. Если его форма остается постоянной, его можно описать неким постоянным размером r, и всегда можно найти некий постоянный коэффициент α, при котором объем будет равен V = α*r³, и такой же коэффициент для площади S = β*r². Если взять S/V = β:α*1/r.

Типичные поверхностные процессы и явления, и их значение в технологических процессах.

Поверхностные процессы:

1. Химия и химические технологии:

- адсорбция - гетерогенные процессы, включает в себя реакцию на поверхности, транспорт от пов-ти и до пов-ти. - катализ - порошковые технологии

2. Процессы на границах зерен кристаллов: - коррозия и защита от неё - вопросы механических свойств - локальные изменения химического состава.

3. Микроэлектроника и приборостроение: - формирование контактов с заданными свойствами - диффузия атомов и частиц через границы размера фаз - атомные манипуляции и конструирование наноструктур.

4. Процессы в тонких пленках: - поверхностное натяжение и стягиваемость.

Классификация методов исследования поверхности.

С научной (физической) точки зрения нужно узнавать состав, структуру, электрические свойства, электронную структуру.

Методы исследования поверхности:

1. Дифракционное исследование атомной структуры. Специфика исследования поверхности в следующем – образец, который исследуется, объемен. Главный метод: Дифракция медленных электронов (ДМЭ) Второй метод: Дифракция быстрых электронов (ДБЭ) Третий метод: Рентгеновская дифракция под скользящими углами (РДСУ), почти параллельно поверхности.

2. Микроскопические методы (методы, направленные на ту или иную визуализацию). Поскольку отдельные атомы имеют субнанометровые размеры, имеются в виду некие опосредованные образы. - электронная микроскопия - ионная микроскопия - туннельная микроскопия - атомно-силовая микроскопия - ближнепольная оптическая микроскопия

3. Оптические и спектроскопические методы: - инфракрасная спектроскопия (на отражение) - Раман спектроскопия - спектроскопия характеристических потерь энергии электронов - спектроскопия тонкой структуры (NEXAFS) - эллипсометрия

4. Эмиссионные спектроскопические методы. На поверхность направляется поток, при этом с пов-ти выводятся электроны, и именно их исследуют. - фотоэлектронная спектроскопия - Оже-спектроскопия - ионная спектроскопия.

5. Термические: - десорбционная спектроскопия (изучение частиц, отделяемых от поверхности при нагревании).

При изучении поверхности большое значение имеет процесс адсорбции. Можно показать, что при обычных условиях (нормальных) поверхность очень быстро покрывается адсорбатом, а поскольку мы хотим видеть единицы/десятки слоёв, то адсорбат оказывает существенное влияние. Для того, чтобы оценить, насколько быстро это происходит, и какие условия нужны для исследования поверхности, мы используем оценку на основе классической модели идеального газа.

Существенная часть поверхности покрывается адсорбатом за время наносекунд. При абсолютном давлении абсолютно невозможно изучить поверхность в чистом виде. Для того, чтобы можно было проводить какие-либо исследования, необходимы минуты или часы. Нужно повысить время образования адсорбата с 10^-9 до 10³ с. Поскольку время обратно пропорционально давлению, то нужно уменьшить давление на 12 порядков относительно атмосферного. Вывод: исследование чистой поверхности можно только в условиях сверхвысокого вакуума при остаточном давлении 10^-7 Па. Необходимо поддерживать и содержать в чистоте поверхность.