Дифракция быстрых электронов

Дифракция быстрых электронов сокр., ДБЭ (англ. reflection high-energy electron diffraction сокр., RHEED) — метод исследования структуры поверхности твердых тел, основанный на анализе картин дифракции электронов с энергией 5-100 кэВ, упруго рассеянных от исследуемой поверхности под скользящими углами.

Описание

Чувствительность к структуре поверхности в ДБЭ достигается тем, что первичный пучок падает на исследуемую поверхность под малым скользящим углом порядка 1-5°, а также тем, что детектируются только дифракционные пучки, выходящие под малыми углами к поверхности. В результате на всем своём пути свободного пробега электроны остаются в тонкой приповерхностной области. Например, электроны с энергией 50-100 кэВ, имея длину свободного пробега порядка 100 нм, при угле падения порядка 1° проникают на глубину не более 1 нм.

Для изучения поверхности методом ДБЭ обязательно наличие экспериментальной аппаратуры, в которой пучок высокоэнергетических электронов из электронной пушки попадает на поверхность образца под скользящим углом, а продифрагировавшие пучки электронов формируют картину ДБЭ на флуоресцентном экране. В качестве примера картина ДБЭ от атомарно-чистой поверхности Si(111)7×7. Держатель образца помещается на платформу, которая позволяет вращать образец для получения картин ДБЭ по разным азимутальным направлениям.

Преимущества и недостатки

Метод ДБЭ позволяет:

качественно оценить структурное совершенство поверхности (от хорошо упорядоченной поверхности наблюдается картина ДБЭ с четкими яркими рефлексами и низким уровнем фона);

определить обратную решетку поверхности из геометрии дифракционной картины;

определить атомную структуру поверхности путём сравнения зависимостей интенсивности дифракционных рефлексов от угла падения первичного пучка электронов (кривые качания), рассчитанных для структурных моделей, с зависимостями, полученными в эксперименте;

определить структуру трехмерных островков, сформировавшихся на поверхности;

контролировать послойный рост эпитаксиальных плёнок с атомарной точностью по осцилляциям интенсивности дифракционного пучка.