Файл: Арифов У.А. Угловые закономерности взаимодействия атомных частиц с твердым телом.pdf

обратное рассеяние. Последнее, по-видимому, связано с тем, что электрон, вошедший в кристалл извне, вдоль направления оси ка­ нала будет деканалпроваться, т. е. при движении по каналу он постепенно приблизится к осям атомных цепочек, и вероятность процессов, характеризуемых малыми значениями прицельного па­ раметра, будет возрастать и, следовательно, электрон отклонится на больший угол. Последнее и приведет к резкому росту обрат­ ного рассеяния электронов. Электрон, начинающий движение из узла решетки (в результате обратного рассеяния) под некоторым углом к оси цепочки атомов, в процессе движения будет теперь приближаться к этой оси и в результате выход электронов в на­ правлении плотной упаковки будет максимален.

Тонкую структуру кривой' сх(Ф) можно объяснить также с квантовомеханической точки зрения. Если электроны направляются на поверхность кристалла вдоль какого-либо из плотно упакован­ ных направлений его, то в кристалле может возникать стоячая волна, соответствующая аномальному поглощению электронов. При этом эффективный прицельный параметр электронов умень­ шается, и резко увеличивается обратное рассеяние и соответствен­ но количество истинно вторичных электронов тоже возрастает, так как обратно рассеянные электроны наиболее эффективны в выби­

числа неупруго рассеянных электронов. Возникновение же сверх­ тонкой структуры кривых а(Ф ), как отмечалось в [131], связано с изменением положения максимума стоячей' волны по отношению к плотно упакованному направлению кристалла. По предложению А. П. Комара и Ю. С. Коробочко, каждое такое положение, воз­ никающее при изменении угла падения, отвечает аномальной про­ зрачности кристалла, т. е. уменьшению коэффициента обратного рассеяния, что и приводит к уменьшению значения коэффициента ВЭЭЭ. Поскольку брэгговский угол отражения зависит от энергии первичных электронов, то углы падения пучка на кристалл, соот­ ветствующие аномальной прозрачности, должны характеризовать положение минимумов сверхтонкой структуры. Кроме того, поло­ жение этих минимумов должно зависеть от энергии первичных электронов, что и наблюдается в эксперименте.

Аналогичное рассуждение можно привести и для объяснения возникновения максимумов сверхтонкой структуры. Действитель­ но, как было отмечено в вышеуказанной работе, при определен­ ном угле падения может иметь место аномальное поглощение пер­ вичных электронов кристаллами. Для получения более конкретной формы угловой зависимости коэффициента ВЭЭЭ от угла падения нужно будет решать дифракционную задачу, соответствующую отдельному случаю.

242

§4. УГЛОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ.

РАССЕЯННЫХ ПОЛИ- И МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ МИШЕНЯМИ

На рис. 94 представлены полярные диаграммы углового распределения суммарных (а), истинно вторичных (б) и неупруго рассеянных (в) электронов, полученные при бомбардировке поли-

3—400, 4—600, 5— 1200 эв). Как видно из полярной' диаграммы а, они по форме близки к окружности, т. е. угловое распределение близко к косинусоидальному. Однако наблюдается некоторое от­ клонение от косинусоидального распределения и вторичные рассе­ янные электроны в основном группируются вокруг направления зеркального отражения, составляющего приблизительно угол 2Ф с направлением первичного пучка. Поэтому полярные диаграммы несколько смещены в сторону от нормали к поверхности мишени и вытянуты в направлении, совпадающем с направлением зеркаль­ ного отражения.

Как видно из полярных диаграмм в (рис. 94), максимум угло­ вого распределения здесь хорошо совпадает с направлением зер­ кального отражения. Однако с увеличением энергии первичных электронов наблюдается сглаживание максимума полярной диаг­ раммы и соответственно угловое распределение непруго рассеян­ ных электронов приближается по форме к угловому распределению суммарных вторичных электронов (см. полярная диаграмма а, £о^г1000 эв). Последнее, по-видимому, объясняется тем, что с увеличением энергии первичных электронов увеличивается глуби­ на проникновения их и соответственно доля истинно вторичных электронов в эмиссии становится превалирующей. Кроме того,

всех истинно вторичных электронов при больших энергиях первич­ ных электронов (>1000 эв).

Как видно из полярных диаграмм б, характеризующих угло­ вые распределения истинно вторичных электронов, распределение медленных вторичных электронов по углам совпадает с функцией cos0, т. е. подчиняется закону косинуса, что совпадает с резуль­ татами работ [17, 309]. Было показано, что форма полярной диаг­ раммы медленных вторичных электронов очень слабо зависит от энергии и угла падения (по крайней мере для углов Ф < 60°) пер­

вичных электронов.

Таким образом, рассмотрение результатов исследования угло­

рактеры движения и распределения различных групп вторичных электронов в веществе различны, движение медленных (истинных) вторичных электронов, по-видимому, диффузно, т. е. вероятность

243

для.этих электронов двигаться в том или ином направлении после нескольких столкновений одинакова для всех направлений. Если учитывать сказанное выше, то можно сказать, что медленные вторичные электроны, достигающие поверхности, должны иметь

.косинусоидальное распределение [73].

Наличие довольно выраженного максимума в полярной диаг­ рамме, характеризующей угловое распределение неупруго рассеян­ ных электронов, наводит на мысль о том, что они (электроны) внутри вещества распределены по углам неизотропно. Эти электро­ ны, по-видимому, после отклонения на определенный угол сохраня­ ют за собой первоначальную неизотропность по углам, что приво-

п

Рис. 95.

дит к неизотропному распределению их у поверхности мишени. По­ этому наибольший интерес представляло исследование углового распределения вторичных электронов при различных углах паде­ ния первичных электронов.

На рис. 95 приведены полярные диаграммы, характеризующие хгловое распределение вторичных электронов ,полученные при бом­ бардировке Mo-мишени электронами с энергией 1100 эв под углом падения 70°. Полярная диаграмма 1 соответствует угловому рас­

.вая 2 в пять раз меньше по абсолютному значению, чем кривая 1. До настоящего времени по исследованию влияния угла падения на угловое распределение насчитывается очень мало работ, поэто­

245

му и нет единого мнения по вопросу о виде углового распределе­ ния вторичных электронов при различных углах падения. В этом отношении мы тоже склонны думать, что вид углового распределення в большей степени определяется характером взаимодейст­ вия электронов с твердым телом. Такая идея наиболее выпукло была показана в недавней работе И. М. Бронштейна с сотрудни­ ками [72], где было исследовано изменение вида углового распре­ деления электронов, рассеянных поверхностью Be н РЬ.

Действительно, если электроны рассеяны на атомах мишени, то распределение, по-видимому, независимо от угла падения долж­ но быть более диффузным и также несколько вытянутым в на­ правлении, совпадающем с обратным направлением пучка. Если же электроны рассеиваются на электронном газе, то распределение будет иметь вид эллипса, вытянутого в направлении зеркального угла отражения. А характер взаимодействия электронов с твер­ дым телом определяется порядковым номером бомбардируемого вещества. В случае тяжелого элемента во взаимодействии элек­

что в нашем случае, т. е. при бомбардировке Mo-мишени, вид угло­

вого распределения определяется обоими видами рассеяния элек­ тронов.

В настоящее время наибольший интерес представляет иссле­ дование углового распределения электронов, рассеянных поверхно­ стью монокристаллов. Во-первых, это.явление изучено очень мало; во-вторых, первые работы в этом направлении [245, 268] показа­ ли, что угловое распределение обладает тонкой структурой, обу­ словленной эффектами классического или квантового каналиро­ вания электронов. Для выяснения данного явления целесообраз­ ны были дальнейшие исследования. Поэтому в наших исследова­ ниях в качестве мишени были использованы также монокристаллы Мо и W.

На рис. 96а приведены полярные диаграммы, характеризую­ щие угловые распределения вторичных (суммарных) электронов при бомбардировке грани (100) монокристалла молибдена элек­

Видно, что в отличие от полярной диаграммы углового распреде­ ления вторичных электронов, полученного в случае поликристал-

дировке грани монокристаллов № и Си.

246

Наличие тонкой структуры (анизотропии) на фоне полярной диаграммы углового распределения, по-видимому, можно объяс­ нить, если допустить следующие предположения. Скорости внут­ ренних вторичных электронов, возникающих при торможении

•быстрых электронов, в начальной стадии движения к поверхности

более или менее сильно ориентированы вдоль основных кристал­ лических осей, в соответствии с требованиями закона сохранения количества движения [73]. Если принять во внимание сказанное выше, то нетрудно предположить, что значительная доля этих электронов достигает поверхности без столкновений, изменяющих Их первоначальное направление, что и подтверждается экспери­ ментально в виде нескольких максимумов на общем фоне косину­

247

соидального распределения. Кроме того, исходя как из классической, так и из квантовомеханической трактовки, каналирования электронов в кристаллах можно объяснить наличием тонкой струк­ туры углового распределения. Электрон, приближаясь к оси атом­ ной цепочки, рассеивается на большой угол и при дальнейшем движении из кристалла в вакуум испытывает притяжение со сто­ роны атомов плотно упакованного направления. Последнее и приво­ дит к тому, что вероятность вылета электронов больше в направ­ лениях атомных цепочек или плоскостей. Как было упомянуто вы­ ше, именно электрон, начинающий движение из узла решетки под некоторым малым углом к оси цепочки атомов, в процессе даль­ нейшего движения стремится приблизиться к этой оси, и соответ­ ственно вблизи этого направления наблюдается максимум, что со­ гласуется с результатом эксперимента.

На основе сказанного можно заключить, что максимумы угло­ вого распределения вторичных электронов возникают в результате каналирования обратно рассеянных электронов при выходе их из кристалла. Более строгое рассмотрение тонкой структуры углово­

сглаживается, что свидетельствует об определяющей роли плотно упакованных атомных цепочек в образовании тонкой структуры углового распределения. При больших углах (Ф у 70°) глубина

проникновения первичных электронов (по отношению к поверхно­ сти мишени) значительно меньше, чем при нормальном падении и влияние атомных цепочек на обратно рассеянные электроны меньше и соответственно тонкая структура сглаживается.

показывают, что она (ориентация) в основном влияет на общую интенсивность рассеяния, а форма углового распределения ос­ тается неизменной. Ширина максимумов, наблюдаемых в направ­ лениях, соответствующих плоскостному каналированию, примерно равна удвоенному значению брэгговских углов для этих пло­ скостей.

248