4.6.3. Характеристики методов исследования поверхности - Ашкинази Л.А.

Далее, для характеристики метода исследования поверхности первостепенное значение имеет величина анализируемой площа­ди, так же, как при фотографировании со спутника — мини­мальный размер объекта, видимый на снимке (порядка 10 см). Наконец, поскольку мы собираемся анализировать поверхность, принципиально важно знать, с объекта какой толщины мы по­лучаем информацию и можно ли эту толщину изменять. И последняя основная характеристика — чувствительность.

Начнем с простого — с формы поверхности.

На «надатомном» уровне, т. е. в области размеров, много больших, чем расстояние между атомами, поверхность опреде­ляется шероховатостью, т. е. глубиной, частотой и направлением борозд, высотой и частотой расположения пиков — словом, всем тем, что можно перечислить в ответ на вопрос: горная ли страна находится в 1800 км к югу и. 700 км к востоку от Москвы.

На атомном уровне поверхность определяется расположе­нием атомов на ней, которое, кстати, может отличаться от расположения атомов в глубине. Это, прежде всего, наличие дефектов решетки, т. е. наличие атома там, где его не должно быть, или пустого места (вакансия) там, где должен быть атом, и прочих дефектов. Например, с винтовой дислокацией, с ко­торой начинает расти вискер, мы уже встречались. Сорби­рованные чужие атомы на поверхности могут иметь свою решетку, отличающуюся от решетки в глубине материала. 

Перейдем к вопросу — какие это атомы. Прежде всего, это состав поверхности, т. е. сколько атомов каждого элемента в первом, втором, третьем и т. д. ее слое (первом, втором и т. д. монослое). Но ответа на этот вопрос недостаточно. Например, если проанализировать состав поверхности некоего образца, то мы узнаем, что на поверхности имеется поровну атомов А и В. Но как устроен образец? Кристаллы ли В по­крывают половину поверхности вещества А или кристаллы А покрывают половину поверхности вещества В, или это .слой соединения АВ, у которого на поверхности находится поровну атомов А и атомов В, или это вещество А, в котором имеются включения вещества В, или наоборот? По данным о составе большого участка поверхности образца понять, какой из этих случаев имеет место, невозможно. Нужен метод, позво­ляющий устанавливать состав маленьких участков поверхности, меньших размеров кристалликов. Применив такой метод, мы узнаем, например, что участки, содержащие элементы А к В, чередуются. Следовательно, это не сплав, но какое из этих веществ образует подложку, а какое — кристаллики на ней, не­ясно. Решение таких вопросов бывает очень сложно.

Топографией (описанием формы) и составом поверхности проблема не исчерпывается. Например, атом О в соединениях Н₂0, Н₂0₂, 0₂, 0₃ и сам по себе — не одно и то же. Как их различить? Если 0₂ от Н₂0 можно отличить по наличию Н, а Н₂0 от Н₂0₂ по отношению Н: О, то как отличить 0₂ от 0₃? Отличаются они по электронной структуре, т. е. по рас­положению электронов вокруг ядер. Итак, метод исследования поверхности должен отвечать на вопросы: где находится атом, что за атом, как устроена электронная оболочка (в какое соединение входит атом).

От того, какие атомы находятся на поверхности, как они расположены и в какие соединения входят, зависят остальные свойства поверхности, например работа выхода, коэффициент отражения электромагнитных волн, трение, химические свой­ства...

Различные методы исследования поверхности мы будем группировать по способам воздействия на поверхность, причем будем рассматривать более подробно те методы, которые пока более широко распространены. А распространенность метода определяется сложностью его реализации и количеством ин­формации об объекте, которую он дает возможность получить.

Кроме того, важно знать, когда метод возник. Как бы ни был хорош метод, открытый в прошлом году, конкурировать с тем, который известен полвека, он не способен. Впрочем, при совре­менном уровне развития приборостроения освоение новых ме­тодов происходит достаточно быстро. Физика поверхности развивается стремительно.