|
-rasm. Fotoelektron spektrometrning diagrammasi
|
| bet | 6/7 | | Sana | 21.05.2024 | | Hajmi | 3,09 Mb. | | #248408 |
Bog'liq 1-Bob hisobot1.5-rasm. Fotoelektron spektrometrning diagrammasi.
Namunani ionlash uchun UB yoki rentgen nurlari ishlatiladi va energiya analizatori chiqarilgan elektronlarning kinetik energiyalarini aniqlaydi. Shunday qilib, fotoelektronning kinetik energiyasini aniqlash orqali biz namunadagi elektronning bogʻlanish energiyasini hisoblashimiz mumkin. Atomdagi elektronning bogʻlanish energiyasi uning yadro atrofida qanday joylashganiga bogʻliq. Eng tashqi pogʻonadagi elektronlar (valent elektronlar) yadrodan koʻproq ekranlangan va uzoqroq joylashgani uchun atomdagi barcha elektronlarga qaraganda eng kichik bogʻlanish energiyasiga ega boʻladi. Shunga koʻra ichki pogʻonadagi elektronlar (yadro elektronlari) kamroq ekranlangan va yadroga yaqinroq joylashgan boʻladi, shuning uchun ular yuqori bogʻlanish energiyasiga ega. Keyingi boʻlimda FES maʼlumotlarini tahlil qilish uchun muhim boʻlgan elektronning bogʻlanish energiyasi va uning joylashishi oʻrtasidagi bogʻliqlikni koʻrib chiqamiz.
PES texnikasining orqasidagi fizika fotoelektrik effektni qo'llashdir. Namuna fotoelektrik ionlanishni keltirib chiqaradigan UV yoki XUV nurlari nuriga ta'sir qiladi. Chiqarilgan fotoelektronlarning energiyalari ularning dastlabki elektron holatlariga xos bo'lib, shuningdek, tebranish holatiga va aylanish darajasiga bog'liq. Qattiq jismlar uchun fotoelektronlar faqat nanometr darajasidagi chuqurlikdan chiqib ketishi mumkin, shuning uchun u tahlil qilinadigan sirt qatlamidir. Yorug'likning yuqori chastotasi va chiqarilgan elektronlarning katta zaryadi va energiyasi tufayli fotoemissiya elektron holatlar, molekulyar va atom orbitallarining energiyalari va shakllarini o'lchash uchun eng sezgir va aniq usullardan biridir. Fotoemissiya, shuningdek, namuna o'ta yuqori vakuumga mos keladigan va tahlil qilingan moddani fondan ajratish mumkin bo'lsa, iz kontsentratsiyasidagi moddalarni aniqlashning eng sezgir usullaridan biridir. Oddiy PES (UPS) asboblari 52 eV gacha foton energiyasiga ega (23,7 to'lqin uzunligiga to'g'ri keladi) UV nurlarining geliy gazi manbalaridan foydalanadi. nm). Haqiqatan ham vakuumga kelgan fotoelektronlar to'planadi va energiyasi hisoblanadi. Bu o'lchangan kinetik energiyaning funktsiyasi sifatida elektron intensivligining spektriga olib keladi. Bog'lovchi energiya qiymatlari osonroq qo'llanilishi va tushunilishi sababli, manbaga bog'liq bo'lgan kinetik energiya qiymatlari manbadan mustaqil bo'lgan bog'lovchi energiya qiymatlariga aylanadi. Bunga Eynshteyn munosabatini qo'llash orqali erishiladi. ��=ℎ�−��ℎ� Bu tenglamaning atamasi fotoqo'zg'alish uchun ishlatiladigan UV yorug'lik kvantlarining energiyasidir. Fotoemissiya spektrlari ham sozlanishi mumkin bo'lgan sinxrotron nurlanish manbalari yordamida o'lchanadi. Fotoelektron spektroskopiyasi fotoeffekt hodisasini metallarning oʻrniga erkin atomlar yoki molekulalarga qoʻllaydi. FES da namuna yuqori energiyali nurlanish bilan bombardimon qilinadi, namunadan elektronni chiqarish uchun odatda UB yoki rentgen nurlari ishlatiladi. Chiqarilgan elektronlar namunadan energiya analizatoriga oʻtadi, u yerda ularning kinetik energiyalari aniqlanadi, soʻng turli kinetik energiyali fotoelektronlar sonini hisoblaydigan detektorga boradi. Ushbu jarayonning soddalashtirilgan diagrammasi quyida keltirilgan.
Qattiq jism yuzasiga fotonlar oqimi kelib tushganda undan elektronlar uchib chiqishi kuzatiladi. Bu hodisa fotoeffekt deb ataladi. Bu elektronlarning energiya bo‘yicha taqsimotini tahlil qilish orqali yuzalarning holati to‘g‘risida qimmatli ma’lumotlar olish mumkin. Olinishi lozim bo’lgan ma’lumotning turiga qarab har xil to’lqin uzunlikdagi (chastotali) yorug’lik nurlaridan foydalanish mumkin. Bunda albatta fotonlarning energiyasi (e=hv) elektronlarning chiqish ishiga (A=eNq =E /hv,
Biz ushbu bo‘limda asosan ultrabinafsha nurlarning elektron spektroskopiyasini ko‘rib o‘tamiz. Bu usul qattiq jismning yuza qismida valent elektronlarning energetik taqsimoti haqida bevosita ma’lumot bera oladigan yagona usuldir. Yuzalarni diagnostika qilishda zond sifatida ishlatiladigan zarralarning orasida fotonlar yuza xususiyatlariga eng kam ta'sir qiladigan zarradir. Bunga sabab, birinchidan, fotonning impulsi juda kichik, ikkinchidan u, neytral zarra bo‘lganligi uchun yuzalarning zaryadlanib qolishiga bog‘liq bo‘lgan jarayonlar keskin kamayadi.
Fotonlardan foydalanishning salbiy tomonlari ham bor. Kerakli diapazonda fotonlarning kuchli intensivlikka ega bo‘lgan oqimini olish juda qiyin. Bundan tashqari ikkilamchi zarralarni hosil qilish effekti juda kam. Shuning uchun yuza qatlamlardan chiqayotgan signallar juda kichik bo‘ladi. Ammo sezgirligi yuqori bo‘lgan zamonaviy detektorlardan foydalanib bunday signallarni katta aniqlik bilan qayd.. qilish mumkin. Asosan foto-elektron va foto-foton emissiyaga asoslangan usullar ko‘p qo‘llaniladi. Yuzaga tushayotgan va undan qaytayotgan fotonlarning to‘lqin uzunliklariga qarab to‘rtta guruhga ajratish mumkin infira-qizil (IQ), ko‘zga ko'rinadigan, ultrabinafsha(UB) va rentgen nurlari. UBES-uitrabinafsha nurlar fotoelektron spektroskopiyasi; RFES- rentgen nurlar FEsi; KAES- kimyoviy analiz uchun elektron spektroskopiya; N K S-Nurlaring kombinatsion sochilishi; R F S- rentgen-foton spektroskopiyasi Bu usul orasida quyidagilarni alohida ta’kidlash mumkin. Ellipsometriya metodida. yuzaga yaxshi nurlar dastasi yuboriladi va uning qaytishida qutblanish fazasining o‘zgarishi analiz qilinadi. Bunda yuzaning holati to‘g‘risida ma’lumot sindirish ko‘rsatkichini o‘lchash orqali olinadi. JNKS metodi yorug’lik materiali bilan ta’sirlashishi natijasida har xil o‘tishlarning vujudga kelishiga asoslangan. Sochilayotgan fotonlar bunday o‘tishlar natijasida o‘z energiyasini, oshirishi. yoki kamaytirishi mumkin. Emissiyalangan fotonlar chastotalarining o‘zgarishini analiz qilib, tekshirilayotgan jism yuzasi to‘g’risida ma’lumot olinadi. 3. UB-yutilish. Bu usul ko‘proq yuza va yuza osti qatlamlarida elektronlarning energetik taqsimoti haqida eng aniq ma’lumotlar bera oladi. Bu usul yordamida yuza qatlamlarning zonaviy tuzilishi va parametrlari aniqlanadi. 4. Rentgen-foton spektroskopiyasi. Rentgen nurlar ta’sirida jismdagi atomlarning elektronlari bir satxdan ikknchi satxga o‘tadi. Bunda koldik energiya nurlanish (foton) hosil qilishi mumkin. Bu nurlanishlarning chastotalari va intensivliklarini analiz kilib yuza holati to‘g‘risida juda kerakli ma’lumotlar olinadi. Foto-elektron emissiyaga asoslangan metodlar juda ko‘p. Ularning eng asosiylari Ultrabinafsha fotoelektronlarining spektroskopiyasi (UBES).
Yuzalardan ultrabinafsha nurlar ta’sirida uchib chiqqan elektronlarning energiya bo‘yicha taqsimlanishi analiz qilinadi. Rentgen fotoelektronlarning spektroskopiyasi (RFES). Bu metod valent zona va undan pastda joylashgan elektron sathlar to‘g‘risida ma’Iumot bera oladi. 3. Kimyoviy analiz uchun elektron spektroskopiya (KAES). Bu metod OES metodiga o‘xshash. Bunda pastki elektron sathlardagi bo‘sh o‘rinlar elektron ta’sirida emas, rentgen nurlari ta’sirida hosil qilinadi. KAES-yordamida material yuzasining elementar va kimyoviy tarkibi, atomlarning konsentratsiyalari aniqlanadi. Tashqi fotoeffekt qonunlari Yorug‘lik ta’sirida qattiq jism yuzasidan vakumga uchib chiqayotgan elektronlarning emissiyasiga oid qonunlarni ko‘rib o‘tamiz. Fotoeffektning asosiy qonunlari tajribalar asosida yaratilgan bo‘lib u monoxromatik nurlar uchun quyidagilardan iborat 1. To‘yinish rejimida (ya’ni uchib chiqayotgan barcha fotoelektronlar qayd qilinganda) fototokning qiymati jismga tushayotgan nurlarning intensivligiga to‘g‘ri proporsional bo‘ladi (Stoletov qonuni). 2. Har bir jism uchun ma’lum bir chegaraviy to‘lqin uzunlik mavjud bo‘lib, jismga tushayotgan nurlarning to‘lqin uzunligi X undan katta bo‘lsa, fotoemissiya hodisasi ro‘y bermaydi. Ko‘pincha bu qonun fotoeffektning qizil (yoki uzun to‘lqinli) chegarasi deb ataladi. Uzun to‘lqinli chegaraga chastotaning eng kichik qiymati mos keladi vo=c/Xo. Bu yerda vo chegaraviy chastota deyiladi. Agar tushayotgan nur chastotasi (o dan kichik bo‘lsa, fotoeffekt ro‘y bermaydi. 3. Fotoelektronlarning maksimal kinetik energiyasi chastota oshishi bilan oshib boradi va fotonlarning intensivligiga bog‘liq bo‘lmaydi (Eynshteyn qonuni). Umuman, Eynshteyn fotoeffekt qonunlarini o‘zida to‘la mujassamlashtirgan qonunni yaratdi. Bunday qonunni yaratishda u o‘z tajribalari yordamida asoslagan quyidagi ikkita mulohazalardan foydalandi birinchidan foton jism elektroni bilan to‘qnashganda unga o‘zining barcha energiyasini to‘la beradi, ikkinchidan jism elektroni bitta fotondan energiya olib g‘alayonlanish davrida (t=10*,34-10',4c) boshqa fotonlardan energiya olmaydi, ya’ni har bir uchib chiqqan elektron faqatgina bitta fotonning energiyasini olgan bo‘ladi.
(Bu aytilgan fikrlar yuqori intensivlikdagi nurlar uchun, masalan lazer nurlari uchun bajarilmaydi). Uchib chiqayotgan fotoelektronlarning vakuumdagi maksimal kinetik energiyasi (tezligi) har xil bo‘lishi mumkin. Bunga sabab bu elektronlarning jism ichidagi boshlang‘ich energiyalarining har xilligidir. Fotondan energiya olganga qadar jism ichidagi elektronlarning energiyasi qancha katta bo‘lsa, uchib chiqqandan keyin ham uning energiyasi shuncha katta bo‘ladi. Masalan, qattiq jismning valent zonasidagi elektronlar ichida valent zonaning tepa qismidagilari eng katta energiyaga ega bo‘ladi. Demak, vakumda ham bu zonaning tepa qismidan chiqqan elektronlar eng katta energiyaga ega bo‘ladi. Buning uchun fotoelektronlar hosil qilayotgan tok bilan to‘xtatuvchi potensial orasidagi bog'lanish egri chizig‘ining birinchi tartibli differensiali (hosilasi), ya’ni fotoelektronlarning spektri yozib olinadi. Ultrabinafsha nurlar sohasida spektrini yozib olishda ko‘p to‘rli sferik analizatorlar ishlatish ancha qulaydir. Elektronlarining energetik taqsimoti va shu metaldan vakumga uchib chiqayotgan fotoelektronlarning spektri sxematik ravishda ko‘rsatilgan. Bu spektrlarning ko‘rinishi bir-biriga juda o‘xshash. Bundan fotoelektronlar spektrini yozib olish orqali valent elektronlarining taqsimoti haqida to’g’ridan-to’g’ri m’alum olish mumkin degan xulosa kelib chiqadi. Elektronning metal ichidagi to‘la energiyasi YE bo‘lsa, uning fotondan energiya olib vakumga uchib chiqishi uchun quyidagi shart bajarilishi kerak. Insonning ko‘zi 1 - 1 ,5 ° burchak ostida joylashgan ikki nuqtani ajrata oladi. Agar burchak kichik bo’lsa , bu ikki nuqta birlashib ketadi. Bu nuqtalar bir - biridan 0,1 mm masofada joylashgan bo’ladi va bu masofa ruxsat etilgan masofa deb nomlanadi. Linza (lupa) laidan foydalanish amalda 20-25 marta kattalashtirish imkonini beradi va buning oqibatida ruxsat etilgan masofa kichrayadi. Ruxsat etilgan masofaga teskari kattalikni ajrata olish tarkibi har xil bo’ladi. Okulyar oraliq tasvirining kattalashtirilgan ko‘rinishini, ya’ni yakuniy tasvirni shakllantiradi. Ko‘rinib turganidek berilgan xolatda haqiqiy tasvir yuzaga keladi va uni fotoplastinka yoki kinoplyonkaga yozib qo‘yish mumkin.
Tasvirni bevosita kuzatish (odam ko‘zi yordamida) lozim bo‘lgan hollarda yorug'lik nurlarining harakat trayektoriyalari boshqacha bo’lishi lozim, chunki mikroskop yana bir optik asbob odam ko‘zining setchafkasida yakuniy haqiqiy tasvirni hosil qiladi. Mikroskop beradigan to‘liq kattalashtirish Ob’yektiv kattalashtirishi (100-110 dan katta emas) va okulyar kattalash-tirishlarining (15-16) ko‘paytmasiga teng, ya’ni kattalashtirishning qiymati 1600-1700 bo‘lishi mumkin. Albatta linzalarning optik kuchi kattalashtirib yoki qo‘shimcha linza qo‘shib kattalashtirish qiymatini oshirish mumkin. Aberratsiyalar ta’sirida nuqtaviy obyektning tasviri qandaydir figura ko‘rinishida hosil qilinishi mumkin. Biroq aytib o ‘tish kerakki, zamonaviy texnika juda kichik aberratsiyali optik , sistemalami -yaratishga imkon beradi va ular mikroskopda olinadigan tasvir sifatiga katta ta’sir qilmaydi. Bu yerda asosiy rolni yorug‘likning to’llqin xossasi bilan bog‘liq bo‘lgan difraksiya xodisasi o‘ynaydi. Simmetriya o‘qida joylashgan nuqtaning tasvirini bir aberratsiyalardan xoli ideal linza yordamida hosil qilmoqchi bo'lsak, yorug‘lik Difraksiyasi tufayli u yorug‘ dog‘ va uning atrofida-joylashgan qorong‘u va yorug‘ xalqalardan iborat bo’ladi. Agar linza bir - biridan d masofada joylashgan ikki nuqtaning tasvirini hosil qilayotgan bo‘lsa, bu masofaning kamayishi markaziy difraksion xalqalarning bir - biri ustiga tushib qolishiga olib keladi. Oxir oqibatda minimal masofaga yetgandan keyin ular qo‘shilib ketadi va ikki nuqta mavjudligini aniqlash mumkin bo‘lmay qoladi.Shuning uchun bundan keyingi kattalashtirish tasvirining sifatini oshira olmaydi. Bunday mikroskoplar 1930 yillarda ENT asosidagi displeyni tayyorlashda qo‘laniladigan texnologiyalardan foydalanilgan xolda yaratilgan. Elektronlar energiyasi qanchalik katta bo’lsa, ularning to’lqin uzunligi shunchalik kichik bo’ladi. Bunga bog’liq ravishda apertura shunchalik kichik bo’ladi. Odatiy 10 - 100 kV ishchi kuchlanishlarda optimal apertura burchagi 0,5° bo’lishi kerak.
Xulosa
Hozirgi kunda optoelektronika funksional elektronika va mikroelektronikani ahamiyatli mustaqil sohasi bo’lib qoldi. Optoelektron asbob – axborotni qayta ishlashda elektr signallarini optikka va teskariga o’zgartiruvchi qurilma. Optoelektron qurilmalarning o’ziga xos xususiyati shundan iboratki, ulardagi elementlar optik boglangan, elektrik esa bir biridan izolyasiyalangan. Nanoelektronikadan tashqari nanotexnologik mikro- va nanorobototexnologiya sohalari rivojlanishi natijasida hozirgi hayot faoliyatida qoilanilayotgan texnologiyalardan million barobar tezkor ishlovchi texnologiyalar ishlab chiqarilmoqda. Strategik jihatdan bu o‘sish jahonning ko‘plab mamlakatlarida turli ishlab chiqarish darajalarini hosil qilmoqda. Qaysi ishlab chiqarish korxonasi nano texnologiyalardan keng va samarali foydalana olsa, o‘sha korxona boshqalaridan ilgarilab ketmoqda. Yaponiyada nanotexnologiya bo‘yicha ishlovchi «OGOTA» deb nomlanuvchi robot davlat mukofotini oldi. Bu loyihaga nafaqat davlat, balki 60 dan ziyod shaxsiy tashkilotlar homiylik qiladilar. Optoelektron asboblarni o’rganish natijasida quyidagilar xulosa qilindi. Yarimo`tkazgichlarni turlari va elektr xossalari o`rganildi. Bunda ko`pchilik yarimo`tkazgichli diodlar asosan kremniy materiyalidan, yorug`lik diodlardan esa arsenid galliydan tayorlanishi aniqlandi Elektron - kovak o`tishlarda to’siq qatlamni hosil bo’lishi va volt- amper xarakteristikasi o’rganildi va taxlil qilidi. Elektron - kovak o`tish asosidgi yarimo`tkazgichli asboblar strukturasi va texnologik tayorlanishiga qarab to`g`rilagichli diodlar, yuqori va o`ta yuqori chastotali diodlar , varikaplar va xatto tranzistorlarga bo`linishi ko`rsatildi. Optoelektronoka sohasini vujudga kelish tarixi va rivojlanishi o’rganildi. Optoelektron asboblarni sinflarga bo’linishi bo’yicha , ular yorug’lik nurlovchi va yoruglik qabul qiluvchi turlariga bo’linishi ko’rsatildi.
|
| |
