Спектроскопия потерь энергии отраженных электронов в структурах на основе кремния и переходных металлов

Маноматериалы и нанотехнологии в азрокрсмической отрасли

Таким образом, линейные ОПВ из TiN наночастиц с различной степенью несферичности обладают широкой перестраиваемой полосой пропускания, что позволяет данным волноводам функционировать в различных диапазонах длин волн: от видимого (»400 - 750 нм) до телекоммуникационного ( « 1260 -1625 нм).

Данная особенность в первую очередь открывает возможности использования ОПВ из TiN наночастиц в качестве перспективных совместимых компонентов гибридных КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) - фотонных микросхем.

Заключение. Оптические плазмонные волноводы из TiN наночастиц с различной степенью несферичности являются пригодными для передачи пространственно-модулированного возбуждения в виде поверхностных плазмон-поляритонов. При этом эффективность распространения оптического сигнала в таких волноводах незначительно отличается от цепочек наночастиц из Ag или Аи.

Уникальные плазмонно-резонансные свойства TiN наночастиц позволяют перестраивать полосу пропускания оптического плазмонного волновода в широком диапазоне (от видимого диапазона спектра до телекоммуникационных длин волн), что вообще говоря, является недостижимым при использовании классических материалов плазмоники.

References

1. Stockman M. I. Nanoplasmonics: past, present, and glimpse into the future // Opt. Express. 2011. Vol. 19. P. 22029.

2. Boltasseva A., Atwater H. A. Low-loss plasmonic metamaterials // Science. 2011. Vol. 331 (6015). P. 290-291.

3. Fully cmos compatible titanium nitride nanoantennas / J. A. Briggs, G. V. Naik, T. A. Petach, B. K. Baum, D. Goldhaber-Gordon, J. A. Dionne. Appl. Phys. Lett, 2016. Vol. 108 (5). 051110.

4. Local heating with lithographically fabricated plasmonic titanium nitride nanoparticles / U. Guler, J. C. Ndukaife, G. V. Naik, A. G. A. Nnanna, A. V. Kildishev, V. M. Shalaev, A. Boltasseva Nano Letters.

2013. Vol. 13 (12). P. 6078-6083.

5. Feng-Qi Y., Chun-Ping Z., Guamg-Yin Z. Transmission spectrum of a system composed of one-dimensional chains of small metallic spheres, Phys. Rev. B. 1990. Vol. 42 (17). P. 11003-11007.

6. Fung K. H., Chan C. T. Plasmonic modes in periodic metal nanoparticle chains: a direct dynamic eigenmode analysis, Opt. Lett., 2007. Vol. 32 (8). P. 973-975.

7. Rasskazov I. L., Karpov S. V., Markel V. A. Waveguiding properties of short linear chains of nonspherical metal nanoparticles, J. Opt. Soc. Am. B,

2014. Vol. 31 (12). P. 2981-2989.

© Закомирный В. И., Рассказов И. Л., Ершов А. Е., Карпов C. В., Полютов C. П., 2016

УДК 543.428

СПЕКТРОСКОПИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ ОТРАЖЕННЫХ ЭЛЕКТРОНОВ В СТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ И ПЕРЕХОДНЫ1Х МЕТАЛЛОВ

1* 1 2 13 14

А. Ю. Игуменов1 , А. С. Паршин1, Ю. Л. Михлин2, О. П. Пчеляковм, В. С. Жигалов1^

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

2Институт химии и химической технологии СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/24

3Институт физики полупроводников имени А. В. Ржанова СО РАН Российская Федерация, 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Лаврентьева, 13

4Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38 *Е-таП: igumenovau@mail.ru

Структуры на основе кремния и переходных металлов перспективны для создания устройств наноэлек-троники, нанофотоники и спинтроники, имеющих значение для развития ракетно-космической отрасли. В данной работе проведено исследование структур на основе Б1, Fe, Мп методами спектроскопии характеристических потерь и сечения неупругого рассеяния электронов с применением авторской методики аппроксимации последних Лоренцевоподобными пиками Тоугаарда.

Ключевые слова: структуры металл-полупроводник, полупроводники, металлы, силициды железа, спектроскопия сечения неупругого рассеяния электронов, спектроскопия характеристических потерь энергии электронов.

<Тешетневс^ие чтения. 2016

REFLECTION OF ELECTRON ENERGY LOSS SPECTROSCOPY IN STRUCTURES BASED

ON SILICON AND TRANSITION METALS

A. Yu. Igumenov1, A. S. Parshin1, Yu. L. Mikhlin2, O. P. Pchelyakov1,3, V. S. Zhigalov1,4

^eshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Institute of Chemistry and Chemical Technologies SB RAS 50/24, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 3Rzhanov Institute of Semiconductor Physics SB RAS 13, Academician Lavrentjev Av., Novosibirsk, 630090, Russian Federation 4 Kirensky Institute of Physics SB RAS 50/38, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation *E-mail: igumenovau@mail.ru

Structures based on silicon and transition metals promise the creation of nanoelectronic, nanophotonics and spintronics devices, relevant to the development of the space industry. In this paper, the investigation of structures based on Si, Fe, Mn is carried out using methods of electron energy loss and inelastic electron scattering cross section with approximating of these spectra with the Lorentzian-type Tougaard peaks is performed.

Keywords: metal-semiconductor structures, semiconductors, metals, iron silicides, inelastic electron scattering cross-section, electron energy loss spectroscopy.

Для успешного создания устройств наноэлектро-ники, нанофотоники и спинтроники необходимо соблюдение ряда требований как к методам синтеза структур на основе кремния и переходных металлов, так и к методам их анализа.

Для исследования таких структур наибольшее распространение получили методы электронной спектроскопии, такие как Оже-электронная спектроскопия (ОЭС), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС) и спектроскопия характеристических потерь энергии электронов (СХПЭЭ). Однако в некоторых случаях традиционные методы электронной спектроскопии не дают достоверной информации относительно состава синтезируемых материалов. Ярким примером тому служит система Fe-Si, при синтезе которой образуется ряд силицидов, практически неразличимых на электронных спектрах [1].

В данной работе исследованы элементарные Si, Fe, Mn и силициды составов FeSi2, FeSi, Fe5Si3. Экспериментальные спектры получены на сверхвысоковаку-умном фотоэлектронном спектрометре SPECS (Германия) при энергиях первичных электронов 300, 600, 1 200, 1 900, 3 000 эВ.

Проведен детальный анализ спектров ХПЭЭ и сечения неупругого рассеяния электронов этих материалов. Спектры сечения неупругого рассеяния электронов (KX-спектры [2]) представляют собой произведения средней длины неупругого пробега электронов X и дифференциального сечения неупругого рассеяния K(E0, E0 - E), где E0 и E - соответственно энергии первичных и отраженных электронов, T = E0 - E -потери энергии электронов. Спектры сечения неупругого рассеяния электронов получены из экспериментальных спектров потерь энергии отраженных электронов с помощью программного пакета QUASES™ XS REELS [3] согласно алгоритму [2].

Для всех исследованных материалов энергии пиков в СХПЭЭ практически не зависят от энергии пер-

вичных электронов, в то время как в ХЯ-спектрах энергия основного максимума увеличивается с ростом энергии первичных электронов. Это объясняется тем, что с увеличением энергии первичных электронов возрастает глубина выхода отраженных электронов и соответственно увеличиваются интенсивности объем-ноподобных возбуждений и уменьшаются интенсивности поверхностноподобных. Таким образом, спектры сечения неупругого рассеяния электронов более чувствительны к изменению глубины выхода отраженных электронов, и поскольку интенсивность потерь в этих спектрах определяется в абсолютных единицах, они лучше подходят для количественной оценки вкладов различных процессов потерь энергии электронов.

Для исследования тонкой структуры ХЯ-спектров применен авторский подход разложения их на Лорен-цевоподобные трехпараметрические функции Тоуга-арда [4-8]. По тенденции зависимостей амплитуд подгоночных пиков от энергии первичных электронов выявлены объемноподобные и поверхностноподоб-ные возбуждения: при увеличении энергии первичных электронов амплитуды поверхностноподобных пиков монотонно уменьшаются, а объемноподобных -возрастают.

Установлена возможность идентификации силицидов железа FeSi2, FeSi, Fe5Si3 по амплитуде подгоночного пика, соответствующего потерям энергии на возбуждение объемного плазмона.

Библиографические ссылки

1. Dependence of core-level XPS spectra on iron silicide phase / N. Ohtsu, M. Oku, K. Satoh, K. Wagatsuma, // Applied Surface Science. 2013. Vol. 264. P. 219-224.

2. Tougaard S. Differential inelastic electron scattering cross sections from experimental reflection electron-energy-loss spectra: Application to background

Каноматериалы и нанотехнологии в азрокосмической отрасли

removal in electron spectroscopy // Phys. Rev. B. 1987. Vol. 35 (13). P. 6570-6577.

3. QUASES - Software packages to characterize surface nano-structures by analysis of electron spectra. [Электронный ресурс]. URL: http:// www.quases.com (дата обращения: 01.09.2016).

4. Расчет вероятности генерации поверхностных возбуждений электронами, отраженными от поверхности Si / А. Ю. Игуменов, А. С. Паршин, Ю. Л. Михлин и др. // Вестник СибГАУ. 2014. Т. 56 (4). С. 230-235.

5. Тонкая структура спектров сечения неупругого рассеяния электронов и поверхностный параметр Si / А. С. Паршин, А. Ю. Игуменов, Ю. Л. Михлин и др. // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49 (4). С. 435-439.

6. Сравнительный анализ спектров характеристических потерь энергии электронов и спектров сечения неупругого рассеяния в Fe / А. С. Паршин, А. Ю. Игуменов, Ю. Л. Михлин и др. // Физика твердого тела. 2016. Т. 58 (5). С. 881-887.

7. Исследование дисилицида железа методами электронной спектроскопии / А. С. Паршин, А. Ю. Игуменов, Ю. Л. Михлин и др. // Журнал технической физики. 2016. Т. 86 (9). С. 136-140.

8. Fine structure of inelastic electron scattering cross-section spectra for Mn / A. S. Parshin, A. Yu. Igumenov et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2016. Т. 122. Р. 012025, 1-7.

References

1. Dependence of core-level XPS spectra on iron silicide phase / N. Ohtsu, M. Oku, K. Satoh, K. Wagatsuma, // Applied Surface Science. 2013. Vol. 264. P. 219-224.

2. Tougaard S. Differential inelastic electron scattering cross sections from experimental reflection electron-energy-loss spectra: Application to background removal in electron spectroscopy // Phys.Rev. B. 1987. Vol. 35 (13). P. 6570-6577.

3. QUASES - Software packages to characterize surface nano-structures by analysis of electron spectra. [Электронный ресурс]. URL: http:// www.quases.com (дата обращения: 01.09.2016).

4. Measurement of the surface excitation probability of electrons reflected from si surface / A. Yu. Igumenov, A. S. Parshin, Yu. L. Mikhlin et al. // Vestnik SibGAU, 2014. Vol. 56(4). P. 230-235.

5. On the Fine Structure of Spectra of the Inelastic-Electron-Scattering Cross Section and the Si Surface Parameter / A. S. Parshin, A. Yu. Igumenov, Yu. L. Mikhlin et al. // Semiconductors. 2015. Vol. 49 (4). P. 423-427.

6. Comparative Analysis of the Characteristic Electron Energy-Loss Spectra and Inelastic Scattering Cross-Section Spectra in Fe / A. S. Parshin, A. Yu. Igumenov, Yu. L. Mikhlin et al. // Physics of the Solid State. 2016. Vol. 58 (5). P. 908-914.

7. Electron Spectroscopy of Iron Disilicide / A. S. Parshin, A. Yu. Igumenov, Yu. L. Mikhlin et al. // Technical Physic. 2016. Vol. 61 (9). P. 1418-1422.

8. Fine structure of inelastic electron scattering cross-section spectra for Mn / A. S. Parshin, A. Yu. Igumenov, Yu. L. Mikhlin et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 122. P. 012025, 1-7.

© Игуменов А. Ю., Паршин А. С., Михлин Ю. Л., Пчеляков О. П., Жигалов В. С., 2016

УДК 669.713.7

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ СКОПЛЕНИЙ МЕЖДОУЗЕЛЬНЫХ АТОМОВ И ВАКАНСИЙ В ОБЛУЧЕННОМ CdTe

А. В. Мозжерин1,2, Н. Н. Паклин2

!Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

2Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: amozzherin@sfu-kras.ru

Теллурид кадмия (CdTe) перспективный материал для космической техники. Он применяется для создания солнечных батарей, детекторов ионизирующего излучения, фотоприемников. В ближайшей перспективе, при развитии солнечной энергетики в космической технике, он будет крайне необходим ввиду его особенных свойств. Однако при работе в открытом космосе, данный материал склонен к деградации из-за эволюции дефектной сети.

Ключевые слова: кадмий теллур, полупроводниковые материалы, облучение электронами.