91
IV - BOB. MIKRO- VA NANOMATERIALLARNING SIRTINI
TEKSHIRISHDA FOTONLAR VA IONLAR OQIMIDAN FOYDALANISH
4.1. Fotoelektronlar spektroskopiyasi
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 (
=h
) elektronlarning chiqish ishiga (A=e
)
teng yoki undan katta bo‘lishi kerak. Shuning uchun ham fotoelektronlarning
spektroskopiyasida asosan ultrabinafsha (h
3
50эВ) va rentgen (h
50
2000эВ)
nurlar ishlatiladi. (Ichki fotoeffekt hodisalarga asoslangan usullarda infraqizil va
ko‘zga ko‘rinuvchi nurlardan foydalaniladi.)
Kvant (foton) larning energiyasi juda kichik qiymatga ega bo‘lganligi uchun
ularni Joullarda emas, balki elektron-voltlarda o‘lchash qulaydir (1эВ = 1,6
10
-19
Ж).
Kvantning
elektron-voltlarda
ifodalangan
energiyasi
bilan
uning
nanometrlarda o‘lchangan to‘lqin uzunligi orasidagi quyidagi bog‘lanish mavjud:
= h
= hc/
= 1236/
. (4.1)
Masalan, binafsha nurlar uchun
= 380 nm ligi ma’lum bo‘lsa, bu
nurlarning har bir kvantining energiyasi
= 1236/380 = 3,25 эВ bo‘ladi.
Elektromagnit to‘lqinlarning chastotasi ( yoki to‘lqin uzunligi
= c/
elektromagnit nurlanishning asosiy xarakteristikasi bo‘lib hisoblanadi.
Bir xil chastotali (to‘lqin uzunlikli) nurlar dastasi monoromatik nurlar
deyiladi. Birlik vaqt ichida birlik yuzadan o‘tayotgan monoxromatik fotonlar
oqimi F orqali nurlanish intensivligi N
q
ni qo‘yidagi formula yordamida aniqlash
mumkin:
N
q
= F/h
(4.2)
92
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. (4.1-rasm). Yuzaga tushayotgan
va undan qaytayotgan fotonlarning to‘lqin uzunliklariga qarab to‘rtta guruhga
ajratish mumkin: infra-qizil (IQ), ko‘zga ko‘rinadigan, ultrabinafsha(UB) va
rentgen nurlari.
4.1.-rasm. Fotonlar bilan nurlantirishga asoslangan usullar: UBES-ultrabinafsha
nurlar fotoelektron spektroskopiyasi; RFES- rentgen nurlar FESi; KAES-
kimyoviy analiz uchun elektron spektroskopiya; NKS- nurlarning
kombinatsion sochilishi; RFS- rentgen-foton spektroskopiyasi.
93
Bu usul orasida quyidagilarni alohida ta’kidlash mumkin:
1.IQ-yutilish. Bunda IQ fotonlar yuzaning monomolekulyar tebranma holatni
vujudga keltirish mumkin: IQ ning bu tebranishlardan yutilishini analiz qilib yuza
qatlamning molekulyar tuzilishi haqida ma’lumot olinadi. Yarim o‘tkazgichlarda
va dielektriklarda IQ nurlar yutilishi natijasida donor sathlardan o‘tkazuvchanlik
zonasiga, valent zonadan akseptor sathlarga elektronlar o‘tishi ro‘y beradi. Bu esa
donor va akseptor sathlarning energetik holatini aniqlash imkonini beradi.
2. Ko‘zga ko‘rinuvchi nurlar diapazonida ellipsometriya va nurlarning
kombinatsion sochilishi (NKS) usullari qo‘llaniladi. Ellipsometriya metodida
yuzaga yaxshi kontrol qilinadigan 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. NKS metodi, yorug’lik
material 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 zona 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:
1. Ultrabinafsha fotoelektronlarning spektroskopiyasi (UBES).
Yuzalardan
ultrabinafsha nurlar ta’sirida uchib chiqqan elektronlarning energiya bo’yicha
taqsimlanishi analiz qilinadi. UBES valent zonasidagi elektronlarning energiya
94
bo‘yicha taqsimoti (spektri) haqida to‘g‘ridan-to‘g‘ri informatsiya beradi. Bundan
tashqari zonalarning parametrlarini (kengligi, Fermi sathining o‘rni, zonalarning
egilishi va boshqalar) aniqlashga imkon beradi.
2. Rentgen fotoelektronlarning spektroskopiyasi (RFES).
Bu metod valent
zona va undan pastda joylashgan elektron sathlar to‘g‘risida ma’lumot 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 (II-bobga qarang). KAES-
yordamida material yuzasining elementar va kimyoviy tarkibi, atomlarning
konsentratsiyalari aniqlanadi.
| 