Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://physelec.phys.msu.ru/study/lecture/chernysh.doc
Дата изменения: Tue Mar 10 11:50:38 2015
Дата индексирования: Sat Apr 9 23:52:45 2016
Кодировка: koi8-r
Поисковые слова: п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п п

Рабочая программа дисциплины

1. Методы элементного анализа твердых тел

2. Лекторы.

2.1. Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник
Черныш Владимир Савельевич, кафедра физической электроники физического
факультета МГУ, chernysh@phys.msu.ru, +7(495)9392989.

3. Аннотация дисциплины.

В курсе лекций рассматриваются методы анализа состава и структуры
поверхности твердотельных структур, основанные на регистрации вторичных
частиц, индуцированных облучением пучками ускоренных ионов, электронов и
рентгеновским излучением. Приводятся характеристики процессов эмиссии
вторичных частиц из твёрдого тела под действием ионного облучения.
Показано, что информация об элементном составе поверхности содержится в
энергетических спектрах рассеянных ионов и масс-спектрах распылённых атомов
и ионов. Обсуждается роль распыления и, в частности, роль селективного
распыления в элементном анализе твердых тел.

4. Цели освоения дисциплины.
Овладеть современными профессиональными знаниями в области диагностики
материалов, научиться решать задачи.

5. Задачи дисциплины.
Изучить основные принципы построения анализа материалов, основанные на
регистрации вторичных частиц, индуцированных облучением пучками ускоренных
ионов, электронов.

6. Компетенции.
6.1. Компетенции, необходимые для освоения дисциплины.

6.2. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины.
М-ОНК-2, М-ИК-2, М-ИК-3, М-ПК-1, М-ПК-2, М-ПК-3, М-ПК-5, М-ПК-6, М-ПК-
8.

7. Требования к результатам освоения содержания дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен
знать основные явления, используемые для реализации методов диагностики
материалов;
уметь проводить оценки параметров методов анализа твердотельных структур

8. Содержание и структура дисциплины.
|Вид работы |Семестр |Всего |
| |1 |2 |3 |4 | |
|Общая трудоёмкость, акад. часов | | | | | |
|Аудиторная работа: | | | | | |
| Лекции, акад. часов | | | | | |
| Семинары, акад. часов | | | | | |
| Лабораторные работы, акад. часов | | | | | |
|Самостоятельная работа, акад. часов | | | | | |
|Вид промежуточной аттестации (зачёт, зачёт с | | | | | |
|оценкой, экзамен) | | | | | |


|N |Наименование|Структура и содержание дисциплины |Форма |
|раз| | |текущег|
|- |раздела | |о |
|дел| | |контрол|
|а | | |я |
| | |Аудиторная работа |Самостоятельная работа| |
| | | | | |
| | |Лекции |Семинары | | | |
|1 |Введение |1 ак.ч. |1 ак.ч. | |2 часа. |ДЗ, |
| |Задачи |Характеристика явлений, происходящих |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |анализа |при облучении поверхности твердых тел |лекции | |материалом, решение | |
| |твердотельны|заряженными частицами. Основные | | |задач по теме лекции. | |
| |х структур. |принципы построения методов анализа | | | | |
| | |элементного состава и структуры с | | | | |
| | |использованием ионных и электронных | | | | |
| | |пучков. | | | | |
|2 |Основные |1 ак.ч. |1 ак.ч. | |2 часа. |ДЗ, |
| |сведения из |Кинематика упругого столкновения двух |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |теории |частиц. Приведенная масса. |лекции | |материалом, решение | |
| |атомных |Кинематический фактор. Потенциал | | |задач по теме лекции. | |
| |столкновений|межатомного взаимодействия. Прицельный | | | | |
| |. |параметр. Рассеяние в центральном поле.| | | | |
| | |Сечение рассеяния. | | | | |
|3 |Роль |1 ак.ч. |1 ак.ч. | |2 часа. |ДЗ, |
| |распыления в|Физическая природа явления распыления: |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |анализе |угловые и энергетические распределения |лекции | |материалом, решение | |
| |поверхности.|распылённых частиц. Каскадный механизм | | |задач по теме лекции. | |
| | |распыления. Стохастический характер | | | | |
| | |процесса распыления. Каналирование. | | | | |
| | |Зависимость коэффициента распыления от | | | | |
| | |угла падения и энергии бомбардирующих | | | | |
| | |ионов.. | | | | |
| | |1 ак.ч. |1 ак.ч. | |2 часа. | |
| | |Эффект селективного распыления при |Решение задач по теме | |Работа с лекционным | |
| | |облучении ионами многокомпонентных |лекции | |материалом, решение | |
| | |материалов. Парциальный коэффициент | | |задач по теме лекции. | |
| | |распыления. Формирование изменённого | | | | |
| | |слоя. Перемешивание. Сегрегация Гиббса | | | | |
| | |и радиационно-индуцированная | | | | |
| | |гиббсовская сегрегация. | | | | |
| | |. | | | | |
|4 |Спектроскопи|2 ак.ч. |2 ак.ч. | |2 часа. |ДЗ, |
| |я |Принципы построения анализа. Формула |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |резерфордовс|Резерфорда для сечения рассеяния. |лекции | |материалом, решение | |
| |кого |Потери энергии: ядерное и электронное | | |задач по теме лекции. | |
| |обратного |торможение. Страгглинг. Потери энергии | | | | |
| |рассеяния |в сплавах и химических соединениях | | | | |
| | |(правило Брэгга). Энергетический спектр| | | | |
| | |обратно рассеянных ионов. | | | | |
| | |Чувствительность метода. Возможность | | | | |
| | |анализа элементного состава по глубине.| | | | |
| | |Аппаратура. Полупроводниковый детектор | | | | |
| | |ядерных частиц. Анализатор амплитуды | | | | |
| | |импульсов. Разрешение метода по массе и| | | | |
| | |глубине. Оценка степени разрушения | | | | |
| | |поверхности при проведении анализа. | | | | |
| | |Требования к вакуумным условиям | | | | |
| | |проведения анализа. Примеры анализа | | | | |
| | |тонких пленок и массивных образцов: | | | | |
| | |двухкомпонентная плёнка, многослойное | | | | |
| | |тонкоплёночное покрытие из | | | | |
| | |одноэлементных плёнок, массивный | | | | |
| | |многокомпонентный образец.. | | | | |
| | |2 ак.ч. |2 ак.ч. | |2 часа. | |
| | |Анализ профилей легирования и |Решение задач по теме | |Работа с лекционным | |
| | |адсорбатов. Повышение разрешения по |лекции | |материалом, решение | |
| | |глубине с помощью использования | | |задач по теме лекции. | |
| | |распыления и за счёт применения | | | | |
| | |электростатического анализатора энергии| | | | |
| | |рассеянных ионов. Примеры анализа | | | | |
| | |состава поверхности и нанопокрытий с | | | | |
| | |помощью высокоразрешающей спектроскопии| | | | |
| | |резерфордовского обратного рассеяния. | | | | |
| | |Использование ориентационных эффектов | | | | |
| | |для анализа кристаллической структуры | | | | |
| | |поверхности. Критический угол | | | | |
| | |каналирования. Эффект тени. Определение| | | | |
| | |местоположения примесных атомов. | | | | |
| | |Изучение кристаллической структуры, | | | | |
| | |включая полиморфные превращения, и | | | | |
| | |релаксации поверхности. Изучение | | | | |
| | |радиационных дефектов и аморфизации | | | | |
| | |поверхности. | | | | |
|5 |Спектроскопи|2 ак.ч. |2 ак.ч. | |2 часа. |ДЗ, |
| |я рассеяния |Сечение рассеяния низкоэнергетичных |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |ионов низких|ионов. Энергетический спектр рассеянных|лекции | |материалом, решение | |
| |энергий |ионов. Чувствительность и разрешение | | |задач по теме лекции. | |
| | |метода по массе и глубине. Аппаратура. | | | | |
| | |Сепарация первичного пучка по массе и | | | | |
| | |энергии. Требования, предъявляемые к | | | | |
| | |вакуумным условиям проведения анализа. | | | | |
| | |Электростатические анализаторы энергии | | | | |
| | |заряженных частиц. Вторичный | | | | |
| | |электронный умножитель, каналтрон. | | | | |
| | |Энергетический спектр при рассеянии | | | | |
| | |ионов поверхностью многокомпонентного | | | | |
| | |образца. Изучение процесса напыления | | | | |
| | |материала на поверхность подложки. | | | | |
| | |Исследование сегрегации и адсорбции. | | | | |
|6 |Масс |2 ак.ч. |2 ак.ч. | |2 часа. |ДЗ, |
| |спектрометри|Масс-спектр и энергетическое |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |я вторичных |распределение вторичных ионов. |лекции | |материалом, решение | |
| |ионов (МСВИ)|Коэффициент вторичной ионной эмиссии. | | |задач по теме лекции. | |
| | |Матричный и химический эффекты. | | | | |
| | |Основная формула масс спектрометрии | | | | |
| | |вторичных ионов. Минимально обнаружимая| | | | |
| | |концентрация. Ионный зонд и ионный | | | | |
| | |микроскоп. Статический и динамический | | | | |
| | |режимы МСВИ. Аппаратура. Квадрупольный | | | | |
| | |и времяпролётный масс-спектрометр. | | | | |
| | |Послойный анализ и эффект кратера. | | | | |
| | |Влияние различных факторов (параметры | | | | |
| | |пучка, топография поверхности и т.д.) | | | | |
| | |на разрешение по глубине при послойном | | | | |
| | |анализе. | | | | |
|7 |Масс |1 ак.ч. |1 ак.ч. | |2 часа. |ДЗ, |
| |спектроскопи|Лазерная и электронная МСРН. МСРН в |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |я |газовом разряде. Чувствительность |лекции | |материалом, решение | |
| |распыленных |метода. | | |задач по теме лекции. | |
| |нейтралей | | | | | |
| |(МСРН). | | | | | |
| |Анализ | | | | | |
| |поверхности | | | | | |
| |с | | | | | |
| |использовани| | | | | |
| |ем | | | | | |
| |ионно-фотонн| | | | | |
| |ой эмиссии | | | | | |
| |(ИФЭ). | | | | | |
| | |1 ак.ч. |1 ак.ч. | | | |
| | |Схема анализа с использованием ИФЭ. |Решение задач по теме | | | |
| | |Послойный анализ. Особенности метода в |лекции | | | |
| | |сравнении с масс-спектрометрией | | | | |
| | |вторичных ионов. | | | | |
|8 |Электронная |1 ак.ч. |1 ак.ч. | |2 часа. |ДЗ, |
| |оже-спектрос|Оже процессы. Глубина выхода |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |копия. |оже-электронов. Факторы, влияющие на |лекции | |материалом, решение | |
| | |интенсивность эмиссии оже-электронов. | | |задач по теме лекции. | |
| | |Аппаратура. Изучение адсорбции и | | | | |
| | |осаждения тонких пленок. Послойный | | | | |
| | |анализ в сочетании с распылением. | | | | |
|9 |Рентгеновска|2 ак.ч. |1 ак.ч. | |2 часа. |ДЗ, |
| |я |Кинетическая энергия фотоэлектронов. |Решение задач по теме | |Работа с лекционным |КР |
| |фотоэлектрон|Фотоэмиссия при воздействии |лекции | |материалом, решение | |
| |ная |ультрафиолетового и рентгеновского | | |задач по теме лекции. | |
| |спектроскопи|излучения. Сдвиги энергии связи. | | | | |
| |я. |Аппаратура. Примеры анализа. | | | | |
| |Микроанализ |Механизмы эмиссии рентгеновского | | | | |
| |и |излучения при облучении электронами и | | | | |
| |диагностика |протонами. Сечение ионизации. Сравнение| | | | |
| |с помощью |методов. | | | | |
| |рентгеновско|Основные принципы метода. Аппаратура. | | | | |
| |го излучения|Дифракционные картины поверхностей | | | | |
| |индуцированн|кристаллов. | | | | |
| |ого | | | | | |
| |протонами. | | | | | |
| |Дифракция | | | | | |
| |медленных | | | | | |
| |электронов. | | | | | |


9. Место дисциплины в структуре ООП ВПО
1. Дисциплина по выбору.
2. Вариативная часть, блок профессиональной подготовки.
3. Для освоения дисциплины студент должен знать основные разделы физики и
математики, уметь решать по ним задачи.
1.
2. НИП, НИР, НИС.

10. Образовательные технологии
. дискуссии,
. круглые столы,
. использование средств дистанционного сопровождения учебного процесса,
. преподавание дисциплин в форме авторских курсов по программам,
составленным на основе результатов исследований научных школ МГУ.

11. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости и промежуточной
аттестации
Перечень вопросов к экзамену:
1. Сечение рассеяния. Как сечение рассеяния связано с потенциалом
взаимодействия ион-атом?
2. Эффект селективного распыления.
3. Почему чувствительность метода РОР по лёгким элементам ниже, чем
чувствительность по тяжёлым?
4. Что такое «номер канала»? Опишите принцип работы полупроводникового
детектора, используемого в РОР анализе.
5. Поясните термин «каналирование» и «критический угол каналирования».
6. Какие параметры определяют разрешение РОР по массе и глубине?
7. Нарисуйте энергетический спектр ионов Не с энергией 2 МэВ при падении
пучка в направлении канала и в направлении не содержащем открытых
каналов в кремнии.
8. Эффект каналирования и блокировки в РОР.
9. Зависит ли разрешение по массе метода рассеяния ионов низких энергий
от типа зондирующих ионов?
10. Статический и динамический режимы ВИМС.
11. Способы получения масс-спектров.
12. Основная формула масс-спектрометрии вторичных ионов.
13. Почему ВИМС не является количественным методом анализа?
14. Масс-спектрометрия распыленных нейтралей.
15. Применение ионно-фотонной эмиссии для диагностики материалов.
16. Оже переходы. Факторы, определяющие чувствительность оже-спектроскопии
17. Фотоэлектронная спектроскопия.
18. Особенности микроанализа при использовании зондирующих пучков
электронов и протонов.
19. Дифракция медленных электронов и ей применение для анализа
поверхности.

Примеры задач:
1. Вычислите максимальную энергию атома отдачи для случая бомбардировки
кремния ионами Ar с энергией 500 эВ.
2. Мишень из кремния облучается ионами Ar с энергией 10 кэВ. Плотность
ионного тока составляет 0, 2 мА/см2. Определите скорость распыления
поверхности.
3. Нарисуйте спектр РОР ионов He+ с энергией Е0 = 2 МэВ для массивного
образца AgAu для углов рассеяния 120( и 170(.
4. На углеродную пластину напылили плёнку сплава СuAu. Толщина плёнки -
50 нм. Нарисуйте спектр РОР ионов He+ с энергией Е0 = 2 МэВ.
5. Как изменится чувствительность РОР, если энергию зондирующего пучка
ионов Не+ уменьшить с 2 МэВ до 500 кэВ?
6. Чувствительность РОР по никелю составляет 7(1013 ат/см2. Во сколько
раз большую концентрацию золота можно обнаружить в образце?
7. Пленка оксида бериллия (BeO) толщиной 3 нм нанесена на поверхность
кремниевой пластины. Нарисуйте спектр ионов Ne c энергией 1 кэВ,
рассеянных на угол 135(.
8. В сплаве никель-палладий (NiPd) сегрегирующим элементом является Pd.
Образец NiPd выдерживался в вакууме в течение 30 мин при температуре
400( С. После этого поверхность анализируется с помощью рассеяния
ионов Нe с энергией 2 кэВ. Нарисуйте энергетический спектр ионов,
рассеянных на угол 135(. Зондирующий пучок падает по нормали к
поверхности образца.
9. Нарисуйте масс-спектр вторичных ионов для облучения атомно-чистой и
окисленной поверхности металла.
10. Оцените чувствительность ВИМС.
11. Как окисление поверхности кремния влияет на оже-спектры и спектры
фотоэлектронов?

Текущий контроль успеваемости и промежуточная аттестация проводятся на
основе приведенного выше перечня вопросов.

12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Основная литература
1. Л. Фелдман, Д. Майер. Основы анализа поверхности и тонких плёнок. Пер. с
англ. - М.: Мир, 1989. - 344 с., ил.
2. Распыление под действием бомбардировки частицами. Вып. III.
Характеристики распыленных частиц, применения в технике: Пер. с англ./ Под
ред. Р. Бериша и К. Виттмака. - М.: Мир, 1998. - 551 с., ил.
3. Электронная и ионная спектроскопия твёрдых тел. Пер. с англ./ Под ред.
Л. Фирмэнса, Дж. Вэнника и В. Декейсера. - М.: Мир, 1981. - 467 с., ил.
4. Черепин В.Т. Ионный микрозондовый анализ.-К.: Наукова думка, 1992.

Дополнительная литература
1. В. В. Углов, Н. Н. Черенда, В. М. Анищик. Методы анализа элементного
состава поверхностных слоев. - Минск : БГУ, 2007. - 167 с. : ил. ISBN 978-
985-485-813-5.

Периодическая литература
1 V.S. Chernysh, A.S. Patrakeev. Angular distribution of atoms sputtered
from alloys. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 270
(2012) 50-54.
2. A. Benninghoven. The development of SIMS and international SIMS
conferences: a personal retrospective view. Surface and Interface Analysis.
43 (2011) 2-11.


Интернет-ресурсы
1. http://en.wikipedia.org/wiki/Rutherford_backscattering
2. http://en.wikipedia.org/wiki/Secondary_ion_mass_spectrometry
3. http://www.chemport.ru/chemical_encyclopedia_article_2521.html
4. http://www.krugosvet.ru/articles/23/1002320/1002320a7.htm

13. Материально-техническое обеспечение
В соответствии с требованиями п.5.3. образовательного стандарта МГУ по
направлению подготовки «Физика».
Аудитория в соответствии с расписанием занятий, имеется проекционное
оборудование, компьютер и т.п.