М Приходько, М Лінтур, Л Маркович - Емісія фотонів у разі взаємодії електронів з поверхнею лужно-галогенних кристалів - страница 1

Страницы:
1 

ВІСНИК ЛЬВІВ. УН-ТУ

Серія фізична. 2003. Вип. 36. С. 110-115

VISNYK LVIV UNIV. Ser.Physic. 2003. № 36. P. 110-115

УДК 537.533.2: 535.14: 546.132 PACS number(s): 07.65.Gj

 

ЕМІСІЯ ФОТОНІВ У РАЗІ ВЗАЄМОДІЇ ЕЛЕКТРОНІВ З ПОВЕРХНЕЮ ЛУЖНО-ГАЛОГЕННИХ КРИСТАЛІВ

 

М. Приходько, М. Лінтур, Л. Маркович

 

Ужгородський національний університет,

88000, м. Ужгород, вул. Волошина, 54, Україна e-mail: OEL(a),univ. uzhsorod. иа

 

Методом електрон-фотонної спектроскопії досліджено спектраль­ний склад оптичного випромінювання, що виникає під час бомбардування електронами середніх енергій (100-1000 еВ) поверхонь деяких лужно-галогенних кристалів, зокрема KBr, LiF, NaCl і NaF. Визначено два види досліджуваного випромінювання, різні за місцем локалізації і механізмом генерації. Це характеристичне випромінювання атомів лугу, розпорошених у збудженому стані бомбардувальним електронним пучком і неперервне випромінювання в широкій ділянці довжин хвиль, емітоване безпосередньо бомбардованою поверхнею. Проаналізовано можливі канали утворення цього випромінювання. Виміряно залежності інтенсивності характеристичного і неперервного випромінювання від параметрів пучка електронів та від температури досліджуваного зразка.

Ключові слова: електрон-фотонна емісія, розпорошення, лужно-галогенні кристали.

Процеси розпорошення лужно-галогенних кристалів (ЛГК) електронними пучками вивчали впродовж багатьох десятиріч з огляду на їхнє широке практичне застосування [1,2]. Лужно-галогени часто використовують іяк модель для вивчення непружних процесів, оскільки вони мають просту кристалографічну й електронну структуру. До того ж, дляЛГК виявлено високу ефективність розпорошення електронами [3,4]. Безпосереднє вибивання атомів мішені електронами первинного пучка неможливе. Тому згадане вище розпорошення пояснюють як багатостадійний процес, пов'язаний з розпадом збуджених станів кристала або поліатомних комплексів на поверхні. Запропоновано кілька моделей розпорошення [5-8], проте жодна зних не може пояснити всі експериментальні дані чи описати деталі фізичних процесів, що відбуваються вразі розпорошення цих матеріалів. УЛГК виникає також емісія фотонів безпосередньо з опромінюваної електронами поверхні. Причиною такого випромінювання є збудження дефектів у кристалі. Типовими дефектами структури уЛГК є F-центри і сукупності F-центрів [9].

Ми дослідили оптичне випромінювання (200-800 нм), що виникає вразі опромінення поверхні ряду ЛГК (NaCl, KBr, LiF, NaF) електронами з енергіями

 

© Приходько М., Лінтур М., Маркович Л., 2003

50-1000 еВ і густиною струму 0,1-5 мА/см . Вивчено види випромінювання, що виникають у спектрі електрон-фотонної емісії (ЕФЕ) ЛГК, а також залежності характеристик випромінювання від параметрів бомбардувального пучка і температури досліджуваних зразків.

Інтерес до дослідження ЛГК оптичним методом зумовлений перспективою одержання за характеристиками фотонної емісії інформації, яка важлива для з'ясування деталей механізмів емісії фотонів як із кристала, так і відлітаючими збудженими частинками (розпорошеними або десорбованими).


Експерименти проводили на електрон-фотонному спектрометрі, виготовленому на базі надвисоковакуумної системи УСУ-4 [10]. Схема експерименту показана на рис. 1. Як мішень використовували монокристали ЛГК (KBr, LiF, NaCl і NaF). Поверхню мішеней перед встановленням у вакуумну камеру взаємодій шліфували і полірували. Подальше очищення мішені виконували у вакуумній камері нагріванням зразка до температури близько 500 Сі опроміненням енергетичними електронами. Тиск залишкових газів укамері зіткнень становив Рзал < 5-10-9Тор. Мішень бомбардували пучком моноенергетичних електронів із зміною їхньої енергії Ер від кількох до 1000 еВ. Густина струму електронів змінювалась від 0,1 до 5 мА/см2. Діаметр пучка електронів був незмінним і становив ~4 мм. Бомбардування досліджуваного зразка виконували під кутом а=15 відносно нормалі до поверхні. Кут спостереження вибирали близьким до нормалі (#~0 ). Температуру мішені вінтервалі 20-500 С змінювали за допомогою підігрівного елемента і контролювали термопарою.

Випромінювання вдіапазоні довжин хвиль від 200 до 800 нм аналізували за допомогою світлосильного монохроматора МДР-12. Вхідна і вихідна щілини монохроматора дорівнювали 0,25 мм, що забезпечувало роздільну здатність 4А. Виділене монохроматором випромінювання детектували фотоелектронним помножувачем типу ФЭУ-106, який працював урежимі підрахунку окремихфотоелектронів. Записували спектри за допомогою електричного потенціометра КСП-4.


Спектрограми свічення, яке емітується під час бомбардування електронами поверхонь деяких ЛГК при кімнатній температурі, зображено на рис. 2.

Увсіх спектрах простежуються неперервне випромінювання зодним або кількома максимумами і спектральні лінії атомівлугу. Наприклад, увипадку бомбардування кристала КВг електронами з енергією 900 еВ успектрі зафіксовано неперервне випромінювання з двома максимумами (Я1~440 нм і Я2~500 нм) і спектральні лінії атомів К. Це два дублети КІ 766,5/9,9 нм іКІ 404,4/4,7 нм. У спектрі свічення кристала NaCl під час бомбардування його електронами з енерг єю 600 еВ, наявне неперервне випром нювання здвома максимумами при 400 і 480 нм та дублет ліній 1аІ 589,0/9,6 нм, що їх емітують розпорошені збуджені атоми Na, що узгоджується з результатами [11].У спектрі ЕФЕ NaF (Ер=950 еВ) простежується неперервне випромінювання з трьома максимумами (Я1~370 нм, Я2~480 нм, Я3~610 нм) і спектральний дублет 1аІ 589,0/9,6 нм. Увсіх спектрах нема випромінювання збуджених атомів галогену. Шляхом спостереження випром нювання п д р зними кутами до поверхн (ут м числ уздовж поверхні) з'ясовано, що спостережуване неперервне випромінювання ем тується безпосередньо бомбардованою поверхнею. Водночас випром нювання збуджених атом в лугу локал зоване в прилеглому до поверхн простор , тобто воно ем тується в дл таючими в д поверхн збудженими атомами.


Зрис. 3, а видно, що інтенсивність спектральних ліній при порівняно малих іе залежить л н йно в д густини струму первинних електрон в, аце св дчить, що переважає механ зм формування збуджених стан в атом в Кв одноразових актах з ткнень. Тобто нема пом тного внеску збудження уже розпорошених атом в К первинними електронами в газовій фазі. Це узгоджується з результатами [11-13] і суперечить даним [14]. Ураз б льших густин струму ми спостер гаємо стр мк ше зростання ефективност утворення збуджених атом в К, однак л н йна залежн сть зберігається. Ймовірно, діє додатковий чинник, який спричинює збільшення потоку десорбованих частинок К (або ймов рност їхнього збудження). Не виключено також впливу через густину струму первинних електрон в на деяке п двищення температури зразка, яке сприяє включенню нового каналу десорбц ї збуджених атом в. Зб льшення температури, як видно зрис. 4, веде до зб льшення нтенсивност л н ї КІ. На рис. 4 зображена також залежн сть нтенсивност смуги випром нювання з максимумом при 440 нм в д температури м шен . В нтервал температур від 20 до 500 Сінтенсивність смуги 440 нм стрімко зменшується.

Подібне неперервне випромінювання зафіксовано ів [9] під час бомбардування ЛГК іонами середніх енергій. Його пов'язували з наявністю в кристалі дефектів типу F-центрів різної кратності та радіаційним розпадом самозахоплених екситон в. Механ зм утворення дефект в он зуючим випром нюванням уЛГК може бути таким. Заряджена частинка, рухаючись усередину кристала, на додаток до зміщення іонів із їхніх позицій уґратці, може створювати електрон-д рков пари (екситони), що призводить до формування самозахопленого екситона, тобто електрона, кулонівськи зв'язаного з ковалентнозв'язаним діатомним галогенним молекулярним іоном Х-2 [9]. Після к лькох п косекунд самозахоплений екситон релаксує, унасл док чого може утворюватися фотон чи фонон, або шляхом безвипром нювального переходу формуватися галогенна вакансія (F-центр) чи міжвузловий атом галогену (Н-центр). З' ясовано, що при к мнатн й температур вище процеси формування F-центрів уЛГК переважають [15]. Певно, ці жмеханізми емісії неперервного випром нювання виникають    у випадку бомбардування ЛГК електронами. Втакому разі зменшення інтенсивності неперервного випромінювання, яке ми спостерігаємо з підвищенням температури кристала (див. рис. 4), можна пояснити в дпалюваннямдефект ву кристал .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4. Залежність інтенсивності дублета ліній КІ 766,5/6,9 нм та смуги випромінювання з максимумом при 440 нм від температури мішені.

Отже, отримано дан про спектральний склад оптичного випром нювання п д час бомбардування електронами поверхонь деяких ЛГК, вивчено залежн сть його характеристик в д параметр в пучка первинних електрон в та в д температури мішені. З'ясовано, що в спектрі наявні два види випромінювання, які є різними за природою випромінювачів, місцем локалізаціїта механізмом генерації. Це по-перше, неперервне випромінювання, локалізоване на поверхні кристала іпов'язане з утворенням самозахоплених екситонів і збудженням F-центрів та комплексів F-центрів кристала і, по-друге характеристичне випромінювання атомів лугу, які десорбуються з поверхн у збудженому стан . Десорбован атоми галогену у збудженому стан не заф ксован .

1.      TolkN. К. DIET I / Eds. W. Brening and D. Menzel DIET-1. Berlin, 1983.

2.      Itoh N., Tanimura K. // Radiat. Eff. 1986. 98. P. 269.

3.      Szymonski M., Rutkowski J., Poradzisz A. et  al. DIET II / Eds. W. Brening and D. Menzel Berlin, 1984. P. 160.

4.      Neidhart N., Sporn M., Schmid M., Varga P. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1995. B101. P. 127.

5.      Pooley D. // Solid State Commun. 1965. 3. P. 241.

6.      Kersh K.N. //Phys. Rev. 1966. 120. P. 679.

7.      Itoh N., Saidoh M. // Jornal Phys. (Paris) 1973. 34. P. 101.

8.      Williams R. Т., Song K. S., Faust W. L., Leung С. K. //Phys. Rev. 1986. B33.

9.      Yan Q., Barnes A.Y., Seifert N., Albridge R., Tolk N. // Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1996. B115. P. 415.

10.  Лінтур M. 1., Маркович Л. M., Мастюгін В. О. та ін. // Наук. вісн. Ужгород. ун­ту. Серія Фізика. 2001. №10. С. 191-194.

11. Дробнич В. Г., Мастюгин В. А., Охрименко С. В., Поп С. С. // Изв. Акад. Наук. Серия Физика. 1998. 62, №4. С. 836.

12.Tolk N. К., Feldman L. С., Kraus J. S. et al. // Phys.Rev.Lett. 1981. 46. P. 134.

13.Kudson L. Т., Tolk N. K, and Bao С., Nordlander P. et al. // Phys.Rev. 2000. B 62.

P.1035.

14. Postawa     Rutkowski J., Poradzisz A. et al. // Nucl.Instr. and Meth. in Phis.Res. 1987. B 18. P. 574.

15.Itoh N., Tanimura K. J. // Phys. Chem. Solids. 1990. 51. P.679.

 

PHOTON EMISSION AT THE INTERACTION OF THE ELECTRONS WITH THE SURFACE OF ALKALI HALIDE CRYSTALS

 

M. Prikhodko, M. Lintur, L. Markovich

Uzhgorod Nationale University, Department of Quantum Electronics Voloshina Str. 54, 88000 Uzhgorod, Ukraine e-mail: QEL(a),univ. uzhgorod. ua

Electron-photon spectroscopy was employed to investigate the photon emission from alkali halide crystals, such as KBr, LiF, NaCl and NaF, bombarded by electron with medium energy (100-1000 eV). In the spectra two species of light emission with different nature, localization and mechanism of the generation were detected. These are the characteristic emission of the alkali atoms sputtered in excited state by the bombarding electron beam and continuous emission in wide range of the wave - lengths emitted by the surface bombarded. Possible channels of creating this light emission were analyzed. The intensities of characteristic and continuity emission versus energy, current density of bombarding electrons and target temperature were investigated.

Key words: electron-photon emission, sputtering, alkali halide crystals.

 

Стаття над йшла до редколег ї 23.05.2002 Прийнята до друку 06.02.2003

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