Методы экспериментального исследования поверхности
реклама
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет» Факультет неорганической химии и технологии Кафедра технологии приборов и материалов электронной техники Учебно-методический комплекс по дисциплине «МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ» Направление подготовки 210100 «Электроника и микроэлектроника» «Микро и нанотехнологии производстве изделий электронной техники». Магистерская программа Квалификация (степень) Магистр Форма обучения очная Составитель: д.ф-м.н., профессор Титов В.А. Иваново, 2011 в Дисциплина «МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ» входит в цикл специальных дисциплин, устанавливаемых вузом, для подготовки магистров по направлению 210100 «Электроника и микроэлектроника», магистерская программа – «Микро и нанотехнологии в производстве изделий электронной техники». РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА по дисциплине «МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ» Курс 5, Семестр 9; Экзамен - 9 сем. Всего часов по дисциплине: 150 Аудиторные занятия: 72 часа. Лекции - 36 часов Лабораторно-практические занятия - 36 часов Самостоятельная работа - 78 часов 1. ВВЕДЕНИЕ 1.1. ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ: Целями освоения дисциплины являются изучение физико-химических основ и аналитических возможностей экспериментальных методов исследования поверхности и тонких слоев материалов с целью диагностирования микро- и наноструктур, а также возможностей применения этих методов в микро- и нанотехнологиях. 1.2. ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ. Формирование у будущих специалистов информационной базы для выбора методов диагностики микро- и наноструктур, навыков интерпретации результатов, получаемых с использованием отдельных методов. 1.3. ТРЕБОВАНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ Выпускник должен: иметь представление: о физико-химических основах современных методов диагностики поверхности твердых тел, о диагностических возможностях методов и их ограничениях, а также об областях применения при разработке и производстве изделий микро и наноэлектроники; уметь: правильно выбирать методы диагностики для решения задач исследования поверхности материалов; владеть: информацией о современных тенденциях в развитии методов диагностики поверхности и их аппаратурного оформления; навыками интерпретации результатов исследований, полученных отдельными методами. 1.4. Распределение часов по темам и видам учебной работы № Модуль дисциплины Лекции Практические Лабораторные п/п занятия занятия 1 Общая характеристика методов диагностики поверхности и тонких 9 9 слоев материалов 2 Ионная спектроскопия 9 9 поверхности 3 Методы электронной спектроскопии и ИК 9 9 спектроскопии МНПВО 4 Методы электронной микроскопии и сканирующей зондовой 9 9 микроскопии ИТОГО: 36 36 Самост. работа 18 20 20 20 78 2 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ (Учебные модули) 2.1. Модуль 1. Общая характеристика методов диагностики поверхности и тонких слоев материалов 2.1.1. Лекционный материал: 9 часов. Основные характеристики поверхности твердых тел. Классификация методов диагностики по зондирующим воздействиям и детектируемым частицам, характер получаемой информации. 2.1.2. Самостоятельная работа (18 часов). Подготовка к промежуточному тестовому экзамену. 2.2. Модуль 2. Ионная спектроскопия поверхности. 2.2.1. Лекционный материал: 9 часов. Физические основы и аналитические возможности спектроскопии рассеяния медленных ионов. Спектроскопия обратного рассеяния быстрых ионов (резерфордовское обратное рассеяние): определение элементного состава поверхностных слоев материалов; определение толщины слоев и глубины залегания отдельных элементов. Принцип работы и основные узлы аппаратуры для реализации методов ионного рассеяния. Масс-спектрометрия вторичных ионов: физические основы и аналитические возможности. Качественный и количественный анализ, определение пространственного распределения отдельных элементов. Аппаратура для реализации метода МСВИ. Примеры применения методов ионной спектроскопии в диагностике материалов и структур микро и наноэлектроники. 2.2.2. Самостоятельная работа (20 часов). Подготовка к промежуточному тестовому экзамену или подготовка реферата. 2.3. Модуль 3. Методы электронной спектроскопии и ИК спектроскопии МНПВО. 2.3.1. Лекционный материал: 9 часов. Общие физические принципы методов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), оже-электронной спектроскопии, рентгеновского флуоресцентного анализа. Факторы, определяющие глубину анализируемых слоев. Интерпретация рентгеновских фотоэлектронных спектров, «химический сдвиг», качественный и количественный анализ методом РФЭС, ограничения метода. Оже-электронная спектроскопия: физические принципы, аналитические возможности, интерпретация спектров. Сканирующая оже-электронная микроскопия. Физические основы и аналитические возможности методов рентгеновского флуоресцентного анализа и электронного микроанализа. Аппаратура для реализации методов. Примеры применения методов электронной спектроскопии в диагностике материалов и структур микро и наноэлектроники. Сопоставление возможностей и ограничений различных методов. Физические основы колебательной спектроскопии. Явление полного внутреннего отражения и его использование для диагностики поверхностных слоев материалов, глубина анализа. ИК спектры МНПВО и их интерпретация. Примеры применения ИК спектроскопии МНПВО для диагностики материалов. 2.3.2. Самостоятельная работа (20 часов). Подготовка к промежуточному тестовому экзамену или подготовка реферата. Модуль 4. Методы электронной микроскопии и сканирующей зондовой микроскопии. 2.4.1. Лекционный материал: 9 часов. Основные принципы электронной микроскопии; просвечивающий, отражательный, зеркальный, эмиссионный электронные микроскопы. Сканирующая электронная микроскопия, сканирующая электронная спектроскопия. Основные узлы сканирующего электронного микроскопа. Физические основы сканирующей туннельной микроскопии. Возможности и ограничения метода, аппаратурное оформление. Физические основы атомно-силовой микроскопии. Аппаратурное оформление метода. Режимы сканирования, получаемая информация. Принцип работы ближнепольного оптического микроскопа. Магнитно-силовой микроскоп. Электросиловой микроскоп. 3 2.4.2. Самостоятельная работа (20 часов). Подготовка к промежуточному тестовому экзамену или подготовка реферата. 3. ФОРМЫ ОТЧЕТНОСТИ: 3.1. Промежуточные тесты или контрольные работы по модулям дисциплины. 3.2. Индивидуальные задания или рефераты по материалам одного или нескольких модулей в рамках самостоятельной работы, суммарный объем выполнения - 12 часов. 4. ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ Практические занятия по данной дисциплине не запланированы 5. КОМПЛЕКТ ЗАДАНИЙ И ЗАДАЧ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ Для самостоятельной работы студентов используются вопросы, задания и задачи, приведенные в перечисленных ниже учебных пособиях: 1. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. – М.: Мир, 2003. – 683 с. 2. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. – М.: Техносфера, 2006. – 384 с. 4. Технология СБИС: в 2-х кн. Кн. 2. Пер. с англ./ Под ред. С. Зи. – М.: Мир, 1986. – 453 с. 6. ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ Часы, отведенные на лабораторный практикум по данной дисциплине, используются для выполнения индивидуальной научно-исследовательской работы в рамках плана подготовки магистерской диссертации. 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 7.1. ЛИТЕРАТУРА а) основная литература: 1. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. – М.: Мир, 2003. – 683 с. 2. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. – М.: Техносфера, 2005. – 443 с. 3. Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. – М.: Техносфера, 2006. – 384 с. 4. Щука А.А. Наноэлектроника. – М.: Физматкнига, 2007. – 463 с. 5. Рембеза С.И., Синельников Б.М., Рембеза Е.С. Физические методы исследования материалов твердотельной электроники. Ставрополь: [Северо-кавказ. гос. техн. ун-т], 2002. - 429 с. б) дополнительная литература: 1. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Структурные методы и оптическая спектроскопия. – М.: Высшая школа, 1987. – 367 с. 2. Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Резонансные и электрооптические методы. – М.: Высшая школа, 1989. – 288 с. 3. Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологии. – М.: БИНОМ. Лаб. знаний, 2008. – 432 с. 4. Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике. – М.: Техносфера, 2005. – 148 c. 5 Технология СБИС. В 2 кн. Кн. 2 / под ред. С. Зи ; пер. с англ. В. М. Звероловлева [и др.] ; под ред Ю. Д. Чистякова. - М. : Мир, 1986. - 456 с. 6. Шешин Е.П. Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов. – М.: Физматкнига, 2001. – 287 с. 7.2. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ДИСЦИПЛИНЫ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Лекции по дисциплине проводятся в аудитории, оснащенной видеопроектором. Промежуточное тестирование проводится в дисплейном классе кафедры, оснащенном ПЭВМ типа «Pentium». 4 - - Информационное обеспечение дисциплины системные программные средства: Microsoft Windows XP, Microsoft Vista прикладные программные средства: Microsoft Office 2007 Pro, FireFox специализированное программное обеспечение: СДО Moodle, SunRAV BookOffice Pro, SunRAV TestOfficePro. программа для обработки результатов анализа поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии «XPS Peak Fitting Program for WIN95/98 XPSPEAK Version 4.1» программа для обработки результатов анализа поверхности методом ИК спектроскопии многократного нарушенного полного внутреннего отражения «OMNIC» пакет прикладных программ для обработки результатов исследования поверхности методом АСМ (поставляется в комплекте с микроскопом Solver47-Pro) пакет прикладных программ для обработки результатов исследования поверхности методом СТМ (поставляется в комплекте с микроскопом «УМКА») Электронные учебные ресурсы: - тренировочные и контрольные тесты по модулям базы данных, информационно-справочные и поисковые системы: - база данных по материалам электронной техники http://plasma.isuct.ru. - Интернет-сайт компании НТ-МДТ. Приборостроение для нанотехнологий: http://www.ntmdt.ru/ - Интернет-сайт, посвященный описанию методов диагностики поверхности и оборудованию для этих целей http://www.surfaceanalysis.ru/ - Интернет-сайт, посвященный описанию оборудования для диагностики поверхности http://www.intertech-corp.ru/ - Интернет-сайт, посвященный описанию оборудования для диагностики поверхности http://www.nanotech-instruments.com/ - Интеренет-сайт с базами данных по рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и ожеэлектронной спектроскопии http://www.lasurface.com/ - Справочные данные по химическим сдвигам некоторых элементов в различных степенях окисления http://www.chemport.ru/data/ - Базы данных, обучающие материалы, перечень и описание методик, список журналов и конференций, которые имеют отношение к изучению поверхности http://www.uksaf.org/home 5 Карта обеспеченности дисциплины учебной и методической литературой Сведения об обеспеченности образовательного процесса учебной литературой по дисциплине № Авторы, название, место издания, издательство, год издания, количество Вид издания Кол-во Кол-во п/п страниц (учебник, уч. обучающихся, экземпляров пособие, и т.д.) одновременно в библиотеке Категория изучающих (Основная, данную дополнительная) дисциплину 1 Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. – Учебник, 4 3 М.: Мир, 2003. – 683 с. основная 2 Щука А.А. Наноэлектроника. – М.: Физматкнига, 2007. – 463 с. Уч. пособие. 15 основная 3 Рембеза, С.И., Синельников, Б.М., Рембеза, Е.С., Каргин, Н.И. Уч. пособие, 30 Физические методы исследования материалов твердотельной основная электроники. – Ставрополь: [Северо-кавказ. гос. тех. ун-т], 2002. – 429 с. 4 Брандон Д., Каплан У. Микроструктура материалов. Методы Уч. пособие, 6 исследования и контроля. – М.: Техносфера, 2006. – 384 с. основная 5 Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. – М.: Уч. пособие, 2 Техносфера, 2005. – 443 с. основная 6 Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Учебник, 39 Структурные методы и оптическая спектроскопия. – М.: Высшая школа, дополнительная 1987. – 367 с. 7 Вилков Л.В., Пентин Ю.А. Физические методы исследования в химии. Учебник, 13 Резонансные и электрооптические методы. – М.: Высшая школа, 1989. – дополнительная 288 с. 8 Неволин В.К. Зондовые нанотехнологии в электронике. – М.: Учебник, 3 Техносфера, 2005. – 148 c. дополнительная 9 Старостин В.В. Материалы и методы нанотехнологии. – М.: БИНОМ. Уч. пособие. 2 Лаб. знаний, 2008. – 432 с. дополнительная Технология СБИС. В 2 кн. Кн. 2 / под ред. С. Зи ; пер. с англ. В. М. Уч. пособие. 6 Звероловлева [и др.]; под ред Ю. Д. Чистякова. - М.: Мир, 1986. - 456 с. дополнительная Кол-во экз. на 1 обуч. 0,75 3,75 7,5 1,5 0,5 10 3,25 0,75 0,5 1,5 6 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ СТУДЕНТАМ Эффективное освоение дисциплины требует базовых знаний по циклам естественнонаучных дисциплин. При изучении дисциплины студентам рекомендуется использовать не только литературу, приведенную в списке основной, но и материалы, представленные в Интернете, периодическую литературу, материалы Российских и международных конференций по данной тематике. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯМ Чтение лекций по данной дисциплине проводится с использованием мультимедийных презентаций. Презентация позволяет четко структурировать материал лекции, экономить время, затрачиваемое на рисование на доске схем, написание формул и других сложных объектов, что дает возможность увеличить объем излагаемого материала. Кроме того, презентация позволяет хорошо иллюстрировать лекцию не только схемами и рисунками, которые есть в учебном пособии, но и полноцветными фотографиями, рисунками, портретами ученых и т.д. Электронная презентация позволяет отобразить физические и химические процессы в динамике, что позволяет улучшить восприятие материала. Студентам предоставляется возможность копирования презентаций для самоподготовки и подготовки к экзамену. Поскольку лекции читаются для малоконтингентоной группы студентов непосредственно в аудитории контролируется усвоение материала основной массой студентов путем тестирования по отдельным модулям дисциплины. При работе в группе магистрантов, сформированной из достаточно успешных студентов, целесообразно использовать диалоговую форму ведения лекций с использованием элементов практических занятий, постановкой и решением проблемных задач и т.д. В рамках лекционных занятий можно заслушать и обсудить подготовленные студентами рефераты. МАТЕРИАЛЫ, УСТАНАВЛИВАЮЩИЕ СОДЕРЖАНИЕ И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ И ИТОГОВЫХ АТТЕСТАЦИЙ График текущего и промежуточного контроля Модуль 1 Модуль 2 Модуль 3 Модуль 4 Тест по материалам модуля – 3 неделя Тест по материалам модуля – 6 неделя Тест по материалам модуля – 10 неделя Тест по материалам модуля – 15 неделя Порядок оценки работы студентов Семестровая работа оценивается накопительно (с последующим приведением к 50 баллам). За каждый тест студент может получить от 5 до 10 баллов. Студент также может получить дополнительные баллы за реферат – до 10 баллов. Комплект заданий для самостоятельной работы, тематика рефератов по дисциплине Самостоятельная работа по дисциплине организуется следующим образом: - выполнение домашних расчетных заданий, приведенных в учебных пособиях или выдаваемых преподавателем индивидуально; - поиск данных в Интернет; - написание реферата. Примерная тематика рефератов приведена ниже. При подготовке реферата рекомендуется использовать современную периодическую литературу и специализированные сайты Интернет (см. пункт 7.2). 7 Примерные темы рефератов и докладов: 1. Поверхность твердого тела и ее основные характеристики. 2. Классификация методов диагностики поверхности по типам зондирующих воздействий и детектируемым частицам. 3. Физические основы и аналитические возможности метода спектроскопии рассеяния медленных ионов. Применение метода в микро и нанотехнологиях 4. Спектроскопия обратного рассеяния быстрых ионов (резерфордовское обратное рассеяние): физические основы, аналитические возможности и аппаратурное оформление 5. Физические основы и аналитические возможности метода масс-спектрометрии вторичных ионов. Применение метода ВИМС в микро- и нанотехнологиях 6. Качественный и количественный анализ материалов с использованием МСВИ 7. Общие физические принципы методов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), оже-электронной спектроскопии, рентгеновского флуоресцентного анализа, области применения методов для анализа материалов. 8. Оже-электронная спектроскопия: физические принципы, аппаратурное оформление и применение для анализа материалов в микро- и нанотехнологиях 9. Применение методов электронной спектроскопии в диагностике материалов и структур микро и наноэлектроники. Сопоставление возможностей и ограничений различных методов. 10. Физико-химические основы метода ИК спектроскопии многократного нарушенного полного внутреннего отражения и его применение для диагностики материалов. 11. Физические основы электронной микроскопии. Типы электронных микроскопов 12. Сканирующая электронная микроскопия и ее применение для диагностики материалов и структур микро- и наноэлектроники 13. Физические основы и аппаратурное оформление сканирующей туннельной микроскопии. 14. Физические основы атомно-силовой микроскопии (АСМ). Режимы сканирования и получаемая информация. 15. Принцип работы ближнепольного оптического микроскопа. 16. Магнитно-силовой микроскоп и электросиловой микроскопы. 17. Применение методов сканирующей зондовой микроскопии в нанотехнологиях Комплект контрольно-измерительных материалов для текущего, промежуточного и итогового контроля Контроль знаний студентов на всех этапах осуществляется путем письменного опроса, а также по итогам контрольных тестов. Примеры контрольных вопросов и заданий по каждому модулю приведены ниже. Примеры вопросов и тестовых заданий для контроля учебных достижений студентов 1. Каков порядок величины поверхностной плотности упаковки атомов в кристаллах? А – 1022 см-2 Б – 1015 см-2 В – 1028 см-2 2. Как связана поверхностная плотность упаковки атомов в плоскости (100) монокристалла Si с периодом (а) кристаллической решетки? 2 5 1 А– 2 Б– 2 В– 2 а а а 3. Какое давление необходимо поддерживать в вакуумной системе, чтобы за время эксперимента (~ 1 час) на исследуемой поверхности адсорбировалось не более 0,1 монослоя молекул остаточных газов? Предположить, что адсорбция протекает с постоянной скоростью, а коэффициент прилипания составляет 0,1. А – не выше10-8 мм рт ст Б – не выше 10-8 Па 8 В – не выше10-6 Торр 4. Какое из приведенных ниже утверждений справедливо? А – Кристаллическая структура атомарно чистой поверхности монокристалла совпадает со структурой соответствующей кристаллографической плоскости в объеме монокристалла Б – Кристаллическая структура атомарно чистой поверхности монокристалла отличается от структуры соответствующей кристаллографической плоскости в объеме монокристалла 5. Какие типы воздействий на поверхность твердых тел можно использовать для определения элементного состава поверхностного слоя? А – поток квантов излучения видимого диапазона Б – поток электронов В – поток квантов рентгеновского излучения Г – поток квантов ИК излучения Д – поток ионов с энергией ~ 1 кэВ 6. Какие частицы, выходящие с поверхности в вакуум в результате внешних воздействий, используют для диагностики элементного состава поверхности? А – кванты излучения ИК диапазона Б –электроны с остовных оболочек атомов В – кванты характеристического рентгеновского излучения Г – вторичные ионы Д – упруго отраженные от поверхности первичные ионы 7. Какова типичная начальная кинетическая спектроскопии рассеяния медленных ионов? А – 50 - 100 эВ Б –1 - 2 кэВ В – 05 - 1 МэВ Г – 50 - 100 кэВ энергия ионов, используемых в 8. Какова глубина анализируемого слоя материала при использовании спектроскопии рассеяния медленных ионов? А – 50 - 100 монослоев Б – 1 - 2 мкм В – 1 - 2 монослоя Г – 50 - 100 нм 9. Какие атомы на поверхности не детектируются методом спектроскопии рассеяния медленных ионов? А – атомы, масса которых больше массы зондирующих ионов Б – атомы, адсорбированные на поверхности В – атомы, масса которых меньше массы зондирующих ионов Г – этим методом детектируются любые атомы на поверхности 10. Какая характеристика спектров рассеяния медленных элементным составом поверхности? А – кинетическая энергия первичных ионов после рассеяния Б – кинетическая энергия вторичных ионов В – интенсивность линий в спектре Г – полуширина линий в спектре ионов определяется 11. Первичные ионы с массой m и начальной энергией Е0 регистрируются при угле рассеяния 90. Какова при этом связь энергии ионов после рассеяния (Е1) с массой атомов отдачи (М>m)? А – Е1=E0(m+M)/(M–m) Б – Е1=E0(M–m)/(M+m) 9 В – Е1=E0(M–m)2/(M+m) Г – Е1=E0(M–m)2/(M+m)2 12. В спектре рассеяния медленных ионов зарегистрированы три линии, отвечающие энергии ионов после рассеяния Е1>Е2>Е3. Как соотносятся между собой массы поверхностных атомов, которым соответствуют эти линии? А – М1>М2>М3 Б – М1<М2<М3 13. Какова типичная начальная кинетическая энергия спектроскопии резерфордовского обратного рассеяния? А – 50 - 100 эВ Б –1 - 2 кэВ В – 1 - 2 МэВ Г – 50 - 100 кэВ ионов, используемых в 14. Первичные быстрые ионы с массой m и начальной энергией Е0 регистрируются при угле рассеяния 180. Какова при этом связь максимальной энергии ионов после рассеяния (Е1) с массой атомов отдачи (М>m)? А – Е1=E0(m+M)/(M–m) Б – Е1=E0(M–m)/(M+m) В – Е1=E0(M–m)2/(M+m) Г – Е1=E0(M–m)2/(M+m)2 15. Какая характеристика спектров обратного рассеяния быстрых ионов используется для определения элементного состава поверхности? А – максимальная кинетическая энергия ионов после рассеяния в соответствующей полосе спектра Б – минимальная кинетическая энергия ионов после рассеяния в соответствующей полосе спектра В – интенсивность полосы в спектре Г – полуширина полосы в спектре 16. Какая характеристика спектров обратного рассеяния быстрых ионов используется для определения толщины пленок? А – максимальная кинетическая энергия ионов после рассеяния в соответствующей полосе спектра Б – минимальная кинетическая энергия ионов после рассеяния в соответствующей полосе спектра В – интенсивность полосы в спектре Г – полуширина полосы в спектре 17. Каков механизм обратного рассеяния быстрых ионов? А – рассеяние на электронах Б – рассеяние в кулоновском поле ядер атомов В – рассеяние на тепловых колебаниях частиц кристаллической решетки 18. Какая характеристика спектров обратного рассеяния быстрых ионов используется для определения элементного состава поверхности? А – максимальная кинетическая энергия ионов после рассеяния в соответствующей полосе спектра Б – минимальная кинетическая энергия ионов после рассеяния в соответствующей полосе спектра В – интенсивность полосы в спектре Г – полуширина полосы в спектре 19. Какая характеристика спектров обратного рассеяния быстрых ионов используется для 10 определения толщины пленок на поверхности подложек? А – максимальная кинетическая энергия ионов после рассеяния в соответствующей полосе спектра Б – полуширина полосы в спектре В – минимальная кинетическая энергия ионов после рассеяния в соответствующей полосе спектра Г – интенсивность полосы в спектре 20. Как связано сечение обратного рассеяния быстрых ионов () с зарядом ядра рассеивающего атома (Z)? А – ~Z Б – ~1/Z В – ~Z2 Г – ~1/Z2 21. В спектре обратного рассеяния быстрых ионов от пленки двухкомпонентного сплава АхВу зарегистрированы две полосы с интенсивностями IA и IВ. Заряд ядра элемента А равен ZA, а его концентрация в пленке равна NA, заряд ядра элемента В - ZВ, его концентрация - NВ. Как соотносятся между собой интенсивности полос? А – IA/IB=NAZА/(NВZВ) Б – IA/IB=(NA/NВ)(ZB/ZA) В – IA/IB=(NA/NВ)(ZB/ZA)2 Г – IA/IB=(NA/NВ)(ZА/ZВ)2 22. В спектре обратного рассеяния быстрых ионов от пленки двухкомпонентного сплава АхВу зарегистрированы две полосы с интенсивностями IA и IВ. Заряд ядра элемента А равен ZA, а его концентрация в пленке равна NA, заряд ядра элемента В - ZВ, его концентрация - NВ. Как соотносятся между собой интенсивности полос? А – IA/IB=NAZА/(NВZВ) Б – IA/IB=(NA/NВ)(ZB/ZA) В – IA/IB=(NA/NВ)(ZB/ZA)2 Г – IA/IB=(NA/NВ)(ZА/ZВ)2 23. Какая информация лежит в основе определения элементного состава поверхности при использовании метода масс-спектрометрии вторичных ионов? А – энергетическое распределение ионов, упруго отраженных от поверхности Б – энергетическое распределение ионов после неупругих взаимодействий с атомами поверхности В – распределение вторичных ионов по массовым числам (m/z) Г – распределение вторичных ионов по массам Д – распределение вторичных ионов по энергии 24. Какова типичная глубина выхода вторичных ионов в методе МСВИ? А – 0,5 - 2 нм Б – 10 - 20 нм В – 1 - 2 мкм 25. Какие элементы могут определяться при использовании метода МСВИ? А – масса которых меньше массы первичных ионов Б – масса которых больше массы первичных ионов В – этим методом детектируются любые атомы на поверхности 26. Какие вторичные ионы могут детектироваться с использованием метода МСВИ? А – только однократно заряженные положительные ионы Б – только однократно заряженные отрицательные ионы В – только отрицательные или положительные атомарные ионы 11 Г – положительные и отрицательные атомарные и молекулярные ионы с различными степенями ионизации 27. Какими недостатками обладает метод МСВИ? А – низкая чувствительность анализа Б – трудность количественного определения элементного состава образца В – разрушающее воздействие пучка первичных ионов на исследуемый образец Г – невозможность послойного анализа распределения элементов по глубине 28. Какие характеристики влияют на интенсивность линий в масс-спектрах вторичных ионов? А – коэффициент распыления анализируемого компонента Б – вероятность ионизации анализируемого компонента В – ток первичных ионов Г – коэффициент усиления детектора ионов 29. Какие характеристики влияют на интенсивность линий в масс-спектрах вторичных ионов? А – коэффициент распыления анализируемого компонента Б – вероятность ионизации анализируемого компонента В – ток первичных ионов Г – коэффициент усиления детектора ионов 30. Какие условия должны быть выполнены для качественного анализа состава поверхности методом МСВИ с максимальной чувствительностью и минимальными разрушениями? А – большая плотность тока первичных ионов Б – малая плотность тока первичных ионов при большой площади ионного пучка В – большой ток первичных ионов при минимальной площади ионного пучка 31. Какими возможностями обладает метод МСВИ? А – можно анализировать любые твердые вещества (металлы и сплавы, полупроводники, диэлектрики) Б – регистрируются все элементы от водорода до трансурановых В – метод является неразрушающим Г – возможен послойный анализ распределения элементов по глубине Д – этим методом просто определять точное количественное содержание любых элементов при любом составе образца 32. На чем основан элементный анализ поверхности методом РФЭС? А – на регистрации спектра характеристического рентгеновского излучения от образца Б – на регистрации энергетического распределения электронов, образовавшихся при ионизации остовных электронных оболочек атомов В – на регистрации энергетического распределения электронов, отраженных от поверхности образца Г – на дифракции рентгеновского излучения при взаимодействии с поверхностью образца 33. На чем основан элементный анализ образцов методом рентгеновского флуоресцентного анализа? А – на регистрации спектра характеристического рентгеновского излучения от образца Б – на регистрации энергетического распределения электронов, образовавшихся при ионизации остовных электронных оболочек атомов В – на регистрации энергетического распределения электронов, отраженных от поверхности образца Г – на дифракции рентгеновского излучения при взаимодействии с поверхностью образца 34. Какую информацию позволяет получить метод РФЭС? А – только элементный состав поверхностного слоя 12 Б – относительные атомные концентрации элементов в анализируемом поверхностном слое В – элементный состав и характер химических связей отдельных элементов в анализируемом слое Г – кристаллическую структуру и топографию поверхности 35. Какая информация содержится в химических сдвигах, определяемых методом РФЭС? А – только об элементном составе поверхностного слоя Б – о характере химических связей отдельных элементов в анализируемом слое В – о кристаллической структуре и топографии поверхности 36. Какие факторы определяют глубину анализируемого слоя методом РФЭС? А – глубина проникновения рентгеновского излучения в образец Б – коэффициент поглощения рентгеновского излучения В – длина свободного пробега фотоэлектронов по отношению к неупругим процессам в образце Г – угол, под которым фотоэлектроны собираются энергоанализатором 37. Какое из приведенных ниже утверждений является верным? А – С помощью РФЭС с угловым разрешением можно исследовать состав сверхтонких покрытий (слоев вещества), толщина которых меньше длины пробега фотоэлектронов по отношению к неупругим взаимодействиям Б – Метод РФЭС не позволяет исследовать состав слоев, толщина которых меньше длины пробега фотоэлектронов по отношению к неупругим взаимодействиям 38. Какие из приведенных ниже утверждений являются верными? А – Метод РФЭС является разрушающим Б – Метод РФЭС не является разрушающим В – Метод РФЭС позволяет определять относительные атомные концентрации элементов в анализируемом поверхностном слое Г – Глубина анализируемого слоя при использовании метода РФЭС определяется глубиной проникновения рентгеновского излучения в образец 39. Выберите из приведенных ниже утверждений верные. А – При исследовании диэлектрических образцов методом РФЭС возможна электрическая зарядка поверхности Б – При исследовании диэлектрических образцов методом РФЭС не происходит накопления электрического заряда на поверхности В – Электрическая зарядка поверхности не сказывается на положении линий в фотоэлектронном спектре Г – Электрическая зарядка поверхности сказывается на положении линий в фотоэлектронном спектре 40. Какова кинетическая энергия фотоэлектрона, испускаемого с С1s-орбитали (Есв=295 эВ) под действием излучения K Al с энергией кванта 1487 эВ? А – 1487 эВ Б – 295 эВ В – 1192 эВ Г – 1782 эВ 41. В каком из методов исследования энергия испускаемых образцом электронов не зависит от энергии первичного воздействия на образец? А – РФЭС Б – оже-электронная спектроскопия 42. Какое из приведенных ниже выражений позволяет вычислить кинетическую энергию электронов, испускаемых в результате KLIILIII оже-процесса? А – Екин(KLIILIII)=Есв(K)– Есв(LII)– Есв(LIII) 13 Б – Екин(KLIILIII)=Есв(K)– Есв(LII)+Есв(LIII) В – Екин(KLIILIII)=Есв(K)– 0,5[Есв(LII)+Есв(LIII)] 43. В каком из методов исследования энергия испускаемых образцом электронов не зависит от энергии первичного воздействия на образец? А – РФЭС Б – оже-электронная спектроскопия В– УФ-электронная спектроскопия 44. Оже-электронные спектры, как правило, регистируются в виде производной dN(Eкин)/dEкин в зависимости от Eкин. Какие преимущества дает такой способ регистрации спектров? А – улучшается отношение «сигнал - шум» Б – расширяется диапазон регистрируемых кинетических энергий электронов В– более точно определяется положение линий на спектре 45. Какую информацию позволяет получить метод ИК спектроскопии МНПВО? А – об элементном составе поверхностного слоя вещества Б – о наличии определенных функциональных групп на поверхности В – о характере химических связей отдельных атомов 46. Какие факторы определяют глубину проникновения ИК излучения в оптически менее плотную среду? А – только длина волны ИК излучения Б – длина волны ИК излучения и угол падения луча на границу раздела сред В – длина волны ИК излучения и относительный показатель преломления Г – все перечисленные факторы вместе 47. Как зависит от числа отражений интенсивность отраженного луча при многократном нарушенном полном внутреннем отражении? А – интенсивность не зависит от числа отражений Б – интенсивность экспонециально уменьшается с ростом числа отражений В – интенсивность линейно уменьшается с ростом числа отражений Г – интенсивность экспонециально увеличивается с ростом числа отражений 48. Какой из методов электронной микроскопии предназначен для исследования распределения электрических микрополей на поверхности образца? А – просвечивающая электронная микроскопия Б – отражательная электронная микроскопия В – зеркальная электронная микроскопия Г – эмиссионная электронная микроскопия 49. Какой из методов электронной микроскопии позволяет выявлять радиационные дефекты, вакансионные петли и зародыши кристаллизации в поверхностном слое образца? А – просвечивающая электронная микроскопия Б – отражательная электронная микроскопия В – зеркальная электронная микроскопия Г – эмиссионная электронная микроскопия 50. Какой из методов электронной микроскопии позволяет исследовать распределение работы выхода электронов по поверхности образца? А – просвечивающая электронная микроскопия Б – отражательная электронная микроскопия В – зеркальная электронная микроскопия Г – эмиссионная электронная микроскопия 14 ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ по дисциплине «Методы экспериментального исследования поверхности» 1. Основные характеристики поверхности твердых тел. 2. Классификация методов диагностики поверхности по типам зондирующих воздействий и детектируемым частицам. 3. Требования к вакуумным установкам для реализации методов диагностики поверхности 4. Физические основы и аналитические возможности метода спектроскопии рассеяния медленных ионов. 5. Спектроскопия обратного рассеяния быстрых ионов (резерфордовское обратное рассеяние): определение элементного состава поверхностных слоев материалов 6. Определение толщины слоев и глубины залегания отдельных элементов методом спектроскопии обратного рассеяния быстрых ионов 7. Принцип работы и основные узлы аппаратуры для реализации методов ионного рассеяния. 8. Физические основы метода масс-спектрометрии вторичных ионов 9. Качественный и количественный анализ материалов с использованием МСВИ 10. Основные узлы аппаратуры для реализации метода МСВИ. 11. Примеры применения методов ионной спектроскопии в диагностике материалов и структур микро и наноэлектроники 12. Общие физические принципы методов рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), оже-электронной спектроскопии, рентгеновского флуоресцентного анализа. 13. Факторы, определяющие глубину анализируемых слоев при использовании методов РФЭС, оже-электронной спектроскопии и рентгеновского флуоресцентного анализа. 14. Интерпретация рентгеновских фотоэлектронных спектров, «химический сдвиг», качественный и количественный анализ поверхности методом РФЭС 15. Оже-электронная спектроскопия: физические принципы, аналитические возможности, интерпретация спектров. 16. Сканирующая оже-электронная микроскопия. 17. Исследование распределения элементов по глубине материала с использованием ожеэлектронной спектроскопии 18. Основные узлы аппаратуры для реализации методов РФЭС и оже-электронной спектроскопии. Типы энергоанализаторов 19. Физические основы и аналитические возможности методов рентгеновского флуоресцентного анализа и электронного микроанализа. Аппаратура для реализации методов. 20. Примеры применения методов электронной спектроскопии в диагностике материалов и структур микро и наноэлектроники. Сопоставление возможностей и ограничений различных методов. 21. Физико-химические основы метода ИК спектроскопии многократного нарушенного полного внутреннего отражения (ИК МНПВО). 22. Факторы, определяющие глубину анализа методом ИК спектроскопии МНПВО 23. ИК спектры МНПВО и их интерпретация. Примеры применения ИК спектроскопии МНПВО для диагностики материалов 24. Основные принципы электронной микроскопии. Просвечивающий и отражательный электронные микроскопы. Подготовка образцов для исследования топографии поверхности с использованием просвечивающего электронного микроскопа 25. Физические принципы работы зеркального и эмиссионного электронных микроскопов 26. Физические принципы работы сканирующего электронного микроскопа. Сканирующая электронная микроскопия, сканирующая спектроскопия. 27. Основные узлы сканирующего электронного микроскопа. Особенности получения изображений в режиме сбора упруго отраженных первичных электронов и вторичных 15 электронов 28. Физические основы сканирующей туннельной микроскопии. Возможности и ограничения метода. 29. Аппаратурное оформление метода сканирующей туннельной микроскопии 30. Физические основы атомно-силовой микроскопии (АСМ). Режимы сканирования и получаемая информация. 31. Аппаратурное оформление метода АСМ. 32. Принцип работы ближнепольного оптического микроскопа. 33. Магнитно-силовой микроскоп. 34. Электросиловой микроскоп. Программа использования инновационных технологий в преподавании дисциплины 1. По дисциплине разрабатывается электронный гипертекстовый учебник, предназначенный для самостоятельной работы студентов. 2. Имеется презентация лекционного курса. 3. Сформирован банк тестовых заданий по дисциплине, который используется для самоподготовки студентов, а также при текущем, промежуточном и итоговом контроле по дисциплине. 16
