3. Дифракция отраженных быстрых электронов

 

Рис. 8. Схема эксперимента для ДОБЭ: 1 - электронная пушка; 2 - образец; 3 - экран.

            Поверхностная чувствительность метода ДМЭ определяется выбором низкого значения энергии электронов. При нормальном падении электронов сэнергией 10 ... 100 кэВ поверхностная чувствительность теряется. Однако, если быстрые электроны направить таким образом, чтобы первичный луч скользил по поверхности кристалла, то несмотря на относительно большую среднюю длину свободного пробега электронов, рассеяние отраженных электронов будет происходить в поверхностной области. Поверхностная чувствительность метода отраженных быстрых электронов (ДОБЭ) обусловлена, таким образом геометрией эксперимента. Геометрия метода ДОБЭ обеспечивает хороший доступ к поверхности, чем обусловлена его популярность для контроля роста эпитаксиальных структур непосредственно в процессе их получения методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

            Поскольку имеется большое различие между энергией упруго рассеянных электронов и энергией электронов, создающих фон неупругого рассеяния, нет необходимости в тщательной энергетической фильтрации рассеянных электронов. Нет также необходимости в повторном ускорении этих электронов, так как они обладают энергией достаточной для возбуждения свечения люминесцирующего экрана. В связи с этим, схема эксперимента по дифракции отраженных быстрых электронов имеет очень простой вид (рис. 4.11).

            Особенности дифракционной картины, наблюдаемой на люминесцирующем экране 3, в сравнении с ДМЭ обусловлены существенным различием в энергии электронов. Согласно соотношению (4.14) длина волны электрона l_эл с энергией 150 эВ составляет приблизительно 1 А.Для быстрых же электронов с энергией ~ 15 000  эВ l_эл ~ 0,1 А. Поэтому сфера Эвальда для быстрых электронов очень велика по отношению к расстоянию между стержнями обратной решетки (рис.9.). СфераЭвальда в этом случае пересекает стержни обратной решетки не в отдельных точках, как это имеет место при дифракции медленных электронов, а в виде полосы. По этой причине картины ДОБЭ представляются не отдельными дифракционными пятнами, а виде дифракционных полос. Следует отметить, что эти полосы соответствуют стержням обратной решетки, лежащим вне плоскости схемы, представленной на рис. 9.

         Индицирование электронограмм в методе ДОБЭ осуществляется по формуле

 

                                                ,                                                         (4.15)

 

где r - удвоенное расстояние между центром экрана и соответствующей дифракционной полосой, d - межплоскостное расстояние, L - расстояние от образца до экрана, l - длина волны электрона.

Рис. 9. Сравнение построений Эвальда для быстрых и медленных электронов. kб, k 'б - волновые векторы соответственно падающих и рассеянных быстрых электронов: kм, k 'м - волновые векторы медленных электронов.

            Для выявления полной двумерной периодичности в методе ДОБЭ необходимо поворачивать образец вокруг нормали к поверхности, т.к. полосатая структура дифракционной картины позволяет определить межплоскостное расстояние только для атомных рядов, расположенных в плоскости образца перпендикулярно первичному электронному лучу. Это является существенным недостатком  метода в сравнении с дифракцией медленных электронов. Отсутствие полной количественной теории ДОБЭ, методов расчета по экспериментальным интенсивностям также существенно ограничивают возможности метода в сравнении с ДМЭ.