Среднеквадратичные смещения поверхностных атомов и температура Дебая в приповерхностном слое

Определение динамических характеристик поверхностных атомов проводили по методике, описанной в разделе 5. Для этого экспериментально устанавливали температурную зависимость интенсивности нулевого дифрагированного рефлекса I ₀= f(T). При фиксированной величине ускоряющего напряжения первичных электронов (E _р) измеряли интенсивность рефлекса при изменении температуры кристалла от 300 до 550 К (для структуры (2´1) – от 300 до 400 К). На рис. 7.16 приведены экспериментальные зависимости I ₀ (T) для различных кристаллов в полулогарифмическом масштабе. Значения при различных энергиях нормированы по максимуму интенсивности. По наклонам экспериментальных зависимостей вычисляли характеристическую температуру Дебая (9) при разных значениях энергии первичных электронов (рис. 7.16). Значения q сростом энергии первичных электронов (глубины проникновения) возрастают от поверхности в глубь кристалла и на глубине порядка 10 Å практически совпадают с объемными значениями (пунктирные линия на рис. 7.17), найденными по рассеянию рентгеновских лучей. Для кремния q = 545 К.

Рассчитаны среднеквадратичные смещения атомов в зависимости от энергии первичного электронного пучка (рис. 7.18). Поскольку вектор рассеяния нулевого дифракционного пучка перпендикулярен к исследуемой поверхности, то рассчитанные смещения являются нормальными к плоскости поверхности. На рис. 7.18 пунктиром указаны среднеквадратичные смещения для объема соответствующего кристалла. Для поверхностных атомов Si(111)-(1´1) при E _p= 64 эВ, q = 400 ± 10 К, a ()^1/2 = 0,100 ± 0,005 Å.

Среднеквадратичная амплитуда колебаний поверхности атомов Si(111) превышает объемные значения амплитуды в 1,5 раза. Температура Дебая на поверхности меньше, чем в объеме. На глубине порядка 10 Å указанные отклонения динамических характеристик в пределах ошибок измеряемых параметров практически выходят на объемные значения.

Таким образом, на атомарно-чистой поверхности кремния методом ДМЭ уверенно фиксируется «поверхностная фаза» толщиной порядка 10 Å, которая обладает статистическими, динамическими и энергетическими параметрами, отличными от их объемных значений.