Реферат: Реферат Отчет 65 с., 3 ч., 26 рис., 8 табл., 53 источника
РефератОтчет 65 с., 3 ч., 26 рис., 8 табл., 53 источника.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: атомный и ФАЗОВЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ЭФФЕКТИВНЫЙ ЗАРЯД АТОМОВ, РЕНТГЕНОВСКАЯ ЭМИССИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, СПЕКТРОСКОПИЯ ОТРАЖЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ, фотоэлектронная спектроскопия, ТЕОРИЯ ФУНКЦИОНАЛА ПЛОТНОСТИ, парциальные плотности состояний, парциальные эффективные заряды, нано-структурированные материалы
Объектом исследования является электронная и атомная структура поверхностных слоев материалов и наноструктур
Основной целью проекта является разработка физических основ новых методов прямого неразрушающего послойного рентгеноспектрального анализа фазового химического состава и зарядового состояния атомов в поверхностных слоях твердых тел толщиной от долей до сотен нм.
Как наиболее перспективные для достижения поставленной цели, рассмотрены методы спектроскопии характеристических полос рентгеновского излучения и спектроскопии отражения. Для сравнительного анализа использовались данные фотоэлектронной спектроскопии с разрушающим профилированием по глубине методом ионного травления. Методологически основная задача проекта объединяет два направления исследований. Это изучение закономерностей формирования основных характеристик рентгеновских и фотоэлектронных спектров и их связи с локальной электронной структурой валентных заполненных и незаполненных состояний твердых тел. Второе направление включает в себя изучение пространственных характеристик формирования спектров в поверхностной области твердых тел и их зависимостей от условий проведения экспериментов для разработки методов зондирования и обработки результатов измерений. Для решения задач первого направления привлечены методы теории функционала плотности, развитые для расчета рентгеновских спектров заполненных состояний и их абсолютных интенсивностей.
Основным объектом экспериментальных исследований на втором этапе являются нанослои HfO2, синтезированные методами молекулярного наслаивания (Atomic Layer Deposition, ALD) и гидридной эпитаксии (Metal Organic Chemical Vapour Deposition, MOCDV) на поверхности кристаллического кремния.
Основные результаты работы по второму этапу.
1.Методом функционала плотности в базисе плоских волн и с использованием
сохраняющих норму псевдопотенциалов рассчитана электронная (зонная)
структура кристалла MgB2. С использованием развитых ранее при выполнении проекта методов восстановления полноэлектронных кристаллических орбиталей из псевдоволновых функций и проектирования кристаллических орбиталей на
пространство атомных орбиталей, а также процедуры вычисления вероятностей
рентгеновских переходов получены теоретические K- и L- рентгеновские
спектры Mg в кристалле MgB2.
2. Исследованы физико-химические характеристики атома Mg, такие как заселенности атомных орбиталей и заряды на атомах, в ряду его соединений Mg, MgO, MgF2, MgH2 и MgB2. Расчеты атомных заселенностей выполнены традиционным методом по Малликену в минимальном базисе (s- и p- орбиталей), а также в атомных сферах Mg с привлечением d- и f- состояний.
3. С использованием проведенных ранее расчетов зонной структуры кристаллов Mg, MgO, MgF2, MgH2 и MgB2 выполнены расчеты парциальных вкладов в интенсивность L-спектров Mg в этих соединениях. Построены парциальные плотности состояний.
4. Методами спектроскопии отражения рентгеновских лучей установлено, что пленки, синтезированные разными методами, имеют разную микроструктуру: пленка HfO2(ALD) является аморфной, а пленка HfO2(MOCVD) имеет признаки кристаллизации. Показано, что рентгеноспектральный метод более чувствителен к упорядочению среднего порядка, чем традиционные методы дифракционного рассеяния рентгеновских лучей. С использованием нового теоретического приближения из данных по угловым зависимостям отражения получены профили концентрации химических элементов в структурах HfO2/Si.
5. Методом фотоэлектронной спектроскопии в сочетании с профилированием спектров по глубине ионным травлением установлено, что на интерфейсе пленки синтезированной методом MOCVD присутствует больше диоксида кремния по сравнению с пленкой, синтезированной методом ALD. Обнаружены признаки присутствия восстановленного металлического Hf на межфазовой границе. Предложен механизм формирования этого слоя.
6. Методом рентгеновской эмиссионной спектроскопии с разрешением по глубине установлено, что толщина переходного слоя SiO2 - Si на интерфейсе HfO2/Si заметно больше для покрытия, синтезированного методом MOCVD, чем для слоя HfO2 (ALD). Показано, что количественные данные о толщинах многослойных систем можно получать и без использования опорных спектров покрытий. В ходе исследования обнаружен и изучен новый мультиплет характеристических линий Hf N4,5-O2,3N4,5-N6,7, использованный в качестве опорного спектра при исследовании относительно толстого покрытия HfO2, перспективный для исследования многоэлектронных динамических процессов эмиссии.
7. Проведена модернизация спектрометра рентгеновского излучения РСЛ-1500, позволившая повысить точность и чувствительность измерений.
8. Установлено, что результаты, полученные методами спектроскопии рентгеновского излучении и рентгеновской эмиссионной спектроскопии дополняют друг друга и не являются противоречивыми. Они подтверждаются также данными фотоэлектронной спектроскопии, не способной оценить пространственный масштаб наноструктур даже с использованием разрушающего сканирования по глубине. Оценены особенности использованных методов в изучении сложных нано-структурированных объектов.
Совокупность полученных результатов является новой и создает научную и методическую базу для разработки методов прямого тонкого анализа химического состояния атомов и профилей распределения по глубине фазового химического состава в поверхностной области твердотельных материалов в диапазоне толщин от долей до сотен нм.
Все работы, предусмотренные Заданием выполнены полностью. В качестве дополнительной проведена работа по модернизации спектрометра РСЛ-1500.
Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: необходимо расширить круг исследуемых объектов, включая распределенные в объеме, для выявления достоинств и ограничений развиваемых методов. Необходимо совершенствование моделей неразрушающего послойного сканирования для многокомпонентных межфазовых границ и для учета их морфологии. Перспективным представляется детальное изучение процесса формирования подслоя металлического гафния при травлении пленки HfO2 ионной бомбардировкой. Необходимо теоретическое изучение и учет многоэлектронных процессов, влияющих на характеристики рентгеновских эмиссионных полос и спектров отражения. Для корректной теоретической оценки физических особенностей предложенной нормировки интенсивностей эмиссионных полос необходима разработка методов расчета оже-процессов.
Результаты выполнения этапа представлены в 4-ч публикациях: в журнале «Физика твердого тела» (принята к печати в 2010 г.), в «Журнале технической физики» (принята к печати в 2010 г.), “J.Phys.: Condenced Matter”, “J.Phys.D.: Appl.Phys.”.
Результаты докладывались на 3-х международных и одной российской конференциях и опубликованы в 9-ти тезисах: в двух реферируемых тезисах докладов, включенных в программу 11th International Symposium on Radiation Physics (ISRP-11), 20-25 September, 2009, Melbourne; в двух реферируемых тезисах докладов, включенных в программу 14th International Conference on X-ray Absorption Fine Structure (XAFS 14), Camerino, Italy, July 26-31, 2009; в двух тезисах докладов Int. Conference on Electronic Spectroscopy and Structure - ICESS-11, Nara, Japan, (October, 2009) и в трех тезисах докладов Молодежной научной конференции "Физика и Прогресс", 18-20 ноября, 2009, С. Петербург.
еще рефераты
Еще работы по разное
Реферат по разное
Темы для рефератов Воспитание в структуре целостного образовательного процесса. Цели воспитания: понятие, виды, исторический характер формирования
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Реферат Актуальность проблемы
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Изучить методы стратегического управления
17 Сентября 2013
Реферат по разное
Реферат на тему
17 Сентября 2013