М Приходько, М Лінтур, Л Маркович - Абсолютний вихід фотонів під час електронного опромінення поверхні kbr - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія фізична. 2008. Вип.41. С.192-197

VISNYKLVIV UNIV. Ser.Physic. 2008. № 41. P.192-197

УДК 337.533,2:535,14:546,132 PACS number: 07.65.Gj

АБСОЛЮТНИЙ ВИХІД ФОТОНІВ ПІД ЧАС ЕЛЕКТРОННОГО ОПРОМІНЕННЯ ПОВЕРХНІ KBr

М. Приходько, М. Лінтур, Л. Маркович, С. Поп

Ужгородський національний університет кафедра квантової електроніки вул. Волошина, 54, 88000, Ужгород, Україна e-mail: QEL@univ.uzhgorod.ua

Методом електрон-фотонної спектроскопії досліджено спектраль­ний склад оптичного випромінювання, яке виникає при бомбардуванні електронами середніх енергій поверхні монокристалу KBr. Отримано спектр електрон-фотонної емісії KBr з урахуванням чутливості системи реєстрації. В досліджуваному спектрі встановлено два види випромінювання, які є різними за місцем локалізації і механізмом генерації. Виміряні залежності інтенсивності досліджуваного випромі­нювання від параметрів пучка електронів. Обраховано абсолютний вихід фотонів при опроміненні монокристалу KBr електронами з енергією

600 еВ.

Ключові слова: оптичне випромінювання, розпорошення, лужно-галогенний кристал.

Взаємодія електронів з поверхнею лужно-галогенних кристалів (ЛГК) супроводжується їх ефективним розпорошенням [1-4]. Хоча було проведено багато робіт з дослідження десорбції іонів і нейтралей у збудженому або основному стані з поверхні ЛГК під дією пучка електронів, дані сумарного виходу розпорошення та абсолютного виходу фотонів у наукових джерелах не трапляються. З іншого боку, ці величини можуть бути важливими для можливості технологічного використання явища електрон-стимульованої десорбції. Крім цього, вони можуть допомогти нам у детальнішому розумінні механізмів та процесів електронного розпорошення ЛГК, оскільки на сьогодні немає єдиної думки щодо механізму формування збуджених станів десорбованих атомів та іонів [2, 3, 5-7]. У літературі ми знайшли лище одні дані про сумарний вихід розпорошення ЛГК електронами, які були виміряні Шиманські та ін. [1] на кристалі NaCl під час бомбардування електронами з енергією 500 еВ. Цей вихід було визначено методом вимірювання розміру кратера пошкодження і становив приблизно 14 ат./ел. Даних про абсолютний вихід фотонів для ЛГК в літературі ми не знайшли, тому має зміст проведення цих експериментів.

Метою цієї роботи є отримання експериментальних даних щодо спектрального складу оптичного випромінювання, що виникає під час бомбардування електронами поверхні KBr, та поглиблення уявлень про механізми генерації як характеристичного, так і неперервного випромінювання.

© Приходько М., Лінтур М., Маркович Л. та ін., 2008

Дослідження виконано з використанням електрон-фотонного спектрометра, який ми виготовили за надвисоковакуумною системою УСУ—4 [8]. Як досліджуваний зразк було використано пластинку монокристала KBr. Поверхню зразка перед встановленням у вакуумну камеру взаємодій шліфували і полірували. Подальше доочищення мішені відбувалося за високого вакууму (Рзал< <Т10-6 Тор) нагріванням до температур ~500о С та опроміненням високоенергетичними електронами. Під час експериментів фоновий тиск залишкових газів у камері зіткнень становив Рзал< <5-10-7 Тор. Бомбардування досліджуваного зразка здійснювалось під кутом а=15° відносно нормалі до поверхні, а кут спостереження випромінювання вибирали близьким до нормалі.

Випромінювання в області довжин хвиль від 200 до 800 нм аналізували за допомогою світлосильного монохроматора МДР-12. Вхідна і вихідна щілини монохроматора становила 0,25 мм, що забезпечувало роздільну здатність 4 А. Інтенсивність виділеного монохроматором випромінювання вимірювали в режимі лічби фотоелектронів з використанням у якості детектора фотоелектронного помножувача ФЭУ-106, а записували спектри за допомогою електричного потенціометра КСП-4. Для отримання виду спектра електрон-фотонної емісії (ЕФЕ) KBr та розрахунку абсолютного виходу фотонів з його поверхні було використано виміряну нами спектральну чутливість системи реєстрації, яку показано на рис. 1.

5Н

34

2Н

-1-'-1-'-1-1-1-'-1-1-1     1 І

200 300 400 500 600 700 800

к , нм

Рис. 1. Спектральна чутливість системи реєстрації

Спектрограму свічення, яке емітується з поверхні KBr під час бомбардування електронами з енергією 600 еВ показано на рис. 2. Температура зразка під час проведення експериментів була близькою до кімнатної -300-320 К).

У досліджуваному спектрі простежено неперервне випромінювання з двома явними максимумами та характеристичне випромінювання атомів калію.

І, відн.од.

 

 

KBr + e

 

 

430 нм

Ер=600 eB

 

1

KI 404,4/4,7 нм ^

Ip =300 мкА

^ 490 нм

 

0.5

300 нм /

У

■    .    і    .    і .

 

200 400 600 800

X, нм

Рис. 2. Спектрограма ЕФЕ кристала КВг =150, в =00)

Характеристичного випромінювання збуджених атомів галогена у спектрі не було виявлено. Зі спостережень випромінювання під різними кутами до поверхні (у т. ч. вздовж поверхні) визначено, що досліджуване неперервне випромінювання емітується безпосередньо бомбардованою поверхнею, а випромінювання збуджених атомів лужного металу локалізоване у прилеглому до поверхні просторі, тобто воно емітується відлітаючими від поверхні збудженими атомами.

На рис. 3 показано спектри ЕФЕ кристала KBr при бомбардуванні електронами з урахуванням спектральної чутливості системи реєстрації, показаної на рис. 1, унаслідок чого відбувається суттєве зміщення максимумів неперервного випромінювання.

10

о -Є

о 4 2

KBr + e' E = 600 еВ

KI 404,4/4,9 нм

KI 766,4/9,9 нмі

200    300    400    500    600    700 800

X, нм

8

6

0

Рис. 3. Спектр ЕФЕ кристала КВг з урахуванням чутливості системи реєстрації (а=150, Є=0°)

На рис. 4 показано залежності інтенсивності ліній КІ 766,5 і КІ 404,4 нм для кристала KBr від струму первинних електронів (рис. 4). Ці результати, як зазначено далі, сприяють уточненню механізму досліджуваних процесів.

0        120       280       440        600   і, МкА

Рис. 4. Залежності інтенсивності ліній КІ 766,5 і КІ 404,4 нм від струму первинних електронів для кристала KBr

Якщо керуватися спектром, представленим на рис. 3, ми розрахували абсолютний вихід фотонів для кристала KBr під час бомбардування електронами з енергією 600 еВ, який становить, відповідно:

N = 2-10"2 фот./ел.

Різні компоненти дослідженого спектра мають різну природу. Зокрема, неперервне випромінювання з кількома максимумами, яке простежено в області довжин хвиль 220-650 нм (рис. 2), може бути пов'язане зі збудженням у кристалі дефектів типу F-центрів різної кратності. Механізм утворення дефектів іонізуючим випромінюванням у ЛГК детально описано у праці [5]. До того ж встановлено, що за кімнатної температури та вище процеси формування F-центрів у ЛГК домінують [7]. Таке неперервне випромінювання простежене і раніше під час бомбардування ЛГК електронами середніх енергій (11р=500 еВ) [1] та іонами інертних газів (Ер=20 кеВ) [5]. Крім F-центрів у ЛГК іонізуючим випромінюванням продукуються і складніші типи дефектів (F2-, F^^m^M), які також мають свої смуги люмінесценції у спектрах свічення ЛГК [5].

Що стосується розпорошення електронами атомів калію у збудженому стані, то виявлені раніше аномальні коефіцієнти розпорошення електронами поверхонь ЛГК [1,3,7] підтверджуються обчисленим високим значенням абсолютного виходу фотонів для кристала KBr (~10-2 фот./ел.). Вважаємо, що процес електронного розпорошення може здійснюватися через збудження первинними електронами електронів глибоких оболонок лужного металу або галогену. Подальша релаксація утворених дірок призведе до вивільнення енергії, яка може бути затрачена на розрив зв' язку лужного металу з кристалом і його відльоту від поверхні у збудженому стані. На користь цієї думки свідчить і отримана нами залежність інтенсивності ліній КІ 766,5 і КІ 404,4 нм від струму пучка первинних електронів для кристала KBr (рис. 4). З рисунка бачимо, що інтенсивність спектральних ліній КІ лінійно залежить від струму первинних електронів у широких межах. Цесвідчить про домінуючий механізм утворення збуджених станів атомів К в однократних актах зіткнень. Тобто, відсутній помітний вклад вторинного збудження термічно випарених атомів лужного металу первинними електронами у газовій фазі. Ці результати узгоджуються з даними праць [2, 6, 7]. За вищих значень струму первинних електронів простежено стрімкіший лінійний ріст ефективності утворення збуджених атомів К. Імовірно, дієвим є додатковий чинник, який спричинює збільшення потоку десорбованих атомів К. Імовірний вплив густини струму первинних електронів на деяку зміну температури зразка, що може зумовити до збільшення ефективності розпорошення атомів лужного металу електронами.

Отримано дані про спектральний склад оптичного випромінювання у разі бомбардування електронами поверхні KBr. Визначено, що в спектрі наявні два типи випромінювання, які є різними за природою випромінювачів, місцем локалізації та механізмом генерації. Це неперервне випромінювання, яке локалізоване на поверхні кристала і пов' язане з утворенням і збудженням F' центрів та комплексів F-центрів кристала та характеристичне випромінювання атомів лужного металу - це стимульована електронами десорбція з поверхні атомів лужного металу у збудженому стані. Розраховано абсолютний вихід фотонів для кристала KBr при бомбардуванні електронами з енергією 600 еВ, який становить 2-10-2 фот./ел.

1. Postawa Z., Rutkowski J., Poradzisz A., Szymonski M. Optical excitations in electron-induced desorption of sodium from NaCl surface // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1988. B. 34. P. 23-31.

2. Hudson L.T., Tolk N.H., Bao C., Nordlander P., Russell D.P. Electron- and photon-stimulated desorption of atomic hydrogen from radiation-modified halide surfaces // Phys. Rev B. 2000. Vol. 62. N 15. P. 10535-10543.

3. Postawa Z., Rutkowski J., Poradzisz A., and et. al. Atomi; excitation electron- and ion-induced sputtering of alkali halides // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1987. B. 18. P. 574-581.

4. Сушкова Ю.В., Еловиков С.С., Шахурин Е.С., Куницина А.А. Распыление ионами и электронами щелочно-галоидных материалов // Поверхность: физ., хим., мех. 1992. № 12. С. 99-101.

5. Yan Q., Barnes A., Seifert N., Albridge R., Tolk N. Optical studies of defects induced by ion bombardment of alkali halide crystals // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1996. B. 115. P. 415-420.

6. Дробнич В.Г., Мастюгин В.А., Охрименко С.В., Поп С.С. Дифференциальные характеристики эмиссии возбужденных атомов Na при бомбардировке поверхности NaCl ионами K // Изв. РАН. Сер. физ. 1998. T. 62. № 4. C. 836­899.

7. TolkN., Feldman L., Kraus J. Optical radiation from electron-stimulated desorption of excited particles // Phys. Res. Lett. 1981. B. 46. N 2. P. 134-137.

8. Лінтур М.І., Маркович Л.М., Мастюгін В.О., Приходько М.В., Шароді Ш.С. Надвисоковакуумний електрон-фотонний спектрометр // Наук. вісник Ужгород. ун-ту. Серія фіз . 2001. № 10.С. 191-194.

ABSOLUTE YIELD OF PHOTONS UNDER ELECTRONS IRRADIATION

OF KBr SURFACE

M. Prikhodko, M. Lintur, L. Markovich, S. Pop

Uzhgorod National University, Department of Quantum Electronics Voloshin Str., 54, UA-88000 Uzhhorod, Ukraine e-mail: qel@univ.uzhgorod.ua

The spectrum of photon emission from the surface of monocrystal KBr, bombarded by medium-energy electrons, was investigated using the method of electron-photon spectroscopy. Spectrum of the electron-photon emission of KBr including the curve of sensitivity of the registering system was obtained. In the investigated spectrum two species of light emission, with different localization and mechanism of the generation was detected. The intensities of the investigated emission versus the electron beam parameters are plotted. The absolute yield of the photons was calculated under bombardment by 600 eV electron beam monocrystal KBr

Key words: optical radiation, sputtering, alkali halide crystal.

Стаття надійшла до редколегії 17.05.2006 Прийнята до друку 09.06.2008

Страницы:
1 


Похожие статьи

М Приходько, М Лінтур, Л Маркович - Абсолютний вихід фотонів під час електронного опромінення поверхні kbr

М Приходько, М Лінтур, Л Маркович - Емісія фотонів у разі взаємодії електронів з поверхнею лужно-галогенних кристалів