План
Введення
1.Формуваннякатодолюмінесцентному випромінювання
1.1Генерація нерівноважних носіїв заряду
1.2Рух і рекомбінація нерівноважних носіїв
2.Простороведозвіл катодолюмінесцентному мікроскопії
3.Методикаекспериментальних досліджень
4.Інформативністьсигналу катодолюминесценции
4.1Інтенсивність сигналу інтегральної катодолюминесценции
4.2Спектральний склад сигналу катодолюминесценции
Висновок
Література
Введення
Явищекатодолюминесценции (КЛ) - виникнення світлового випромінювання в ультрафіолетовій,видимій та інфрачервоній областях спектру під дією електронного опромінення -відомо давно. Спочатку інтерес до цієї області був пов'язаний з дослідженнямі використанням люмінофорів. У процесі вирішення практичного завдання створенняоптимальних покриттів екранів електронно-променевих трубок були дослідженіпроцеси випромінювальної рекомбінації і особливості зонної структуринапівпровідникових сполук. Сам же метод катодолюминесценции, поряд зіншими методами, такими, як фотолюмінесценція, оптичне поглинання тавідображення світла, зайняв міцне місце в дослідницькій практиці при вивченнізонної структури твердого тіла (головним чином тих енергетичних рівнів,які беруть участь у процесах випромінювальної рекомбінації).
ВОстаннім часом у зв'язку з швидким розвитком оптоелектроніки інтерес докатодолюминесценции істотно зріс. Створення високоефективнихнапівпровідникових лазерів і світлодіодів, що представляють собою багатошаровіструктури з товщиною шарів в одиниці або десятки мікрометрів, зажадалорозробки нових методів, які володіли б високою локальністю і дозволялиб контролювати всередині цих шарів розподіл центрів випромінюв
альної рекомбінації,створюваних спрямованим введенням активних домішок в процесі вирощування. Вцьому сенсі великі можливості надала растрова електронна мікроскопія.
Особливостіпобудови зображення в растровому електронному мікроскопі (РЕМ) полягають уйого істотних відмінностях від загальновідомих оптичних і просвічуютьелектронних мікроскопів. У РЕМ, схема якого наведена на рис. 1, відсутнявідображає оптична система, яка в інших мікроскопах забезпечуєоднозначна відповідність між точками об'єкта і точками зображення.
ВРЕМ електромагнітні лінзи лише служать для формування тонкого електронногозонда (до 2 нм), який за допомогою відхиляючої системи заштріховивают весьспостережуваний ділянку об'єкту поряд паралельних рядків - растром, аналогічнимрастру у телевізійній трубці.
Врезультаті взаємодії електронів первинного пучка з об'єктом виникаєцілий ряд явищ - вторинна електронна емісія, характеристичнерентгенівське випромінювання, катодолюмінесценція та ін (рис 2), кожне з якихможе бути використано для модуляції інтенсивності на екрані.
Дослідженнязображень в РЕМ при використанні різнихсигналів дозволяє при мінімальних вимогах до зразка отримувати різноманітнуінформацію, наприклад, при використанні емісії вторинних електронів - про топографію поверхні і розподіл електричних і магнітних полів, при використанні відбитих електронів - про складоб'єкта і, нарешті, при використанні ефекту каналювання первиннихелектронів пучка - про кристалічній структурі об'єкта.
Сфокусований електронний зонддозволяє істотно обмежити (локалізувати) область генерації світла і такимчином вже досліджувати розподіл люмінесцентних властивостей по поверхніоб'єкта. Останнє стало можливим при використанні растрового електронногомікроскопа через наданої їм можливості отримання електронно-мікроскопічногозображення об'єкта в люмінесцентному сигналі і точного позиціонуванняелектронного зонда на поверхні об'єкта по його зображенню.
Для формування зображення можевикористовуватися будь вторинний сигнал від об'єкта, що виникає через електронногоопромінення об'єкта, наприклад сигнал від вторинних електронів, світлового тарентгенівського випромінювання і ін Яскравість даної точки зображення визначаєтьсявеличиною використовуваного сигналу, що виходить з відповідної точки об'єкта. Дляпобудови зображення необхідно однозначне відповідність між положеннямиелектронного зонда на об'єкті і точками зображенні на екрані.
Іншою відмінністю РЕМ єможливість одночасного одержання зображень одного і того ж об'єкта врізних сигналах, а також притаманна РЕМ дуже велика глибина різкості (в10-100 разів більше, ніж у оптичного мікроскопа), що виключає спеціальнівимоги до якості поверхні досліджуваного об'єкта. Єдиною умовоюдля одержання зображення в РЕМ є наявність достатньої електропровідностіпо поверхні об'єкта, що забезпечує можливість стікання внесеногоелектронним зондом електричного заряду, що у випадку діелектриків досягаєтьсянапиленням на об'єкт тонкої металевої плівки.
1. Формування катодолюмінесцентномувипромінювання
Катодолюмінесценція - це емісіясвітла, яка проводиться атомом збудженим електроном з високою енергією.Здатністю до катодолюминесценции володіють гази, молекулярні кристали,органічні люмінофори, крісталлофосфори, однак тільки крісталлофосфористійки до дії електронного пучка і дають достатню яскравість світіння.Саме вони і застосовуються в якості катодолюмінофоров.
Катодолюмінесценція виявлена ​​в середині19 в. до відкриття електрона; пучок електронів, викликає світіння склянихстінок вакуумованих трубок, називали катодними променями, і тому самесвітіння було названо катодолюминесценции. Як фізичне явище впершепочав вивчати Вільям Крукс (W. Crookes) в 70-х рр.. 19 в.
Трифундаментальних процесу беруть участь у створенні КЛ-емісії. Це - генерація,рух і рекомбінація нерівноважних носіїв заряду. Розглянемо ці процесиокремо.
1.1 Генерація нерівноважних носіївзаряду
Падаючі на об'єкт швидкі опромінюютьелектрони за рахунок взаємодії з матеріалом об'єкта зазнають втратиенергії і гальмуються. Для спрощення оцінок втрат енергії зазвичай використовуєтьсямодель безперервної передачі енергії від первинного електрона об'єкту і середнявтрата енергії електроном на одиницю шляху вздовж траєкторії s за рахунок діївсіх механізмів втрат енергії виражається формулою Бете:
(1)
де е - заряд електрона, - число Авогадро, - щільність матеріалу об'єкта, А - атомна вага, Z -атомний номер, Е - середня енергія електрона і J - середній потенціал іонізації.
В області втрат енергії, яку щеназивають областю збудження, протікають викликаються електронним бомбардуваннямрізноманітні вторинні процеси за рахунок електронних переходів в об'єкті.Розмір області збудження близький за величиною до глибині проникнення первиннихелектронів R e і можебути оцінений за формулою:
(2)
де A вимірюється в г моль -1 ,- У г см -3 і E 0 - в кеВ. На малюнку 3 наведені залежності величини R e від енергії падаючих електронів длядеяких матеріалів.
Форма області збудження залежить відатомного номера матеріалу об'єкта і змінюється від грушеподобной для матеріалівз низьким атомним номером, стаючи далі близької до сферичної для матеріалівз 15
Розміри області, де має місце тойчи інший вторинний процес, інакше, області генерації супутнього йому сигналувизначаються енергією активації даного процесу. У напівпровідниках розсіянав об'єкті енергія падаючих електронів може частково піти на освітунерівноважних електронно-діркових пар, викликаючи тим самим істотнезбільшення числа рухомих носіїв заряду. Валентні електрони можутьпереводитися з різних рівнів валентної зони на різні рівні зонипровідності, але лежать вище максимального рівня електронів, народжених зарахунок теплової ...
