Практика Андреева / 9206_Talgatuly_MIMET_IDZ№3
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МНЭ
отчет
по индивидуальному домашнему заданию №3
по дисциплине «Методы исследования материалов электронной
техники»
Студент гр. 9206 |
|
Талгатулы Р. |
Преподаватель |
|
Андреева Н. В. |
Санкт-Петербург
2023
Образец №41:
Цель Работы: Используя метод РФЭС смоделировать спектр образца.
Рассчитать энергию фотоэлектронов.
Таблица 1 – Энергии связи электронов в электронвольтах для оболочек атомов.
|
K |
Li |
Nb |
O |
K |
3608 |
55 |
18986 |
532 |
L1 |
377 |
- |
2698 |
24 |
L2 |
297 |
- |
2465 |
7 |
L3 |
294 |
- |
2371 |
7 |
M1 |
34 |
- |
469 |
- |
M2 |
18 |
- |
379 |
- |
M3 |
18 |
- |
363 |
- |
M4 |
- |
- |
208 |
- |
M5 |
- |
- |
205 |
- |
N1 |
- |
- |
58 |
- |
N2 |
- |
- |
- |
- |
N3 |
- |
- |
34 |
- |
N4 |
- |
- |
- |
- |
N5 |
- |
- |
4 |
- |
Для нашего образца в качестве источника выберем квант , так как он имеет энергию ,меньше 5 кэВ. Таким образом, посчитаем энергию вылетающего фотоэлектрона, которая определяется как разность энергии кванта и энергии соответсвующей подоболчки (используем табличные значения энергий [1]):
Пример расчета для K:
;
;
;
;
;
;
;
Таблица 2 – Энергии фотоэлектронов в электронвольтах.
|
K |
Li |
Nb |
O |
|
902 |
4455 |
- |
3978 |
|
4133 |
- |
1812 |
4486 |
|
4213 |
- |
2045 |
4503 |
|
4216 |
- |
2139 |
4503 |
|
4476 |
- |
4041 |
- |
|
4492 |
- |
4131 |
- |
|
4492 |
- |
4147 |
- |
|
- |
- |
4302 |
- |
|
- |
- |
4305 |
- |
|
- |
- |
4452 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
|
- |
- |
4476 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
|
- |
- |
4506 |
- |
Рассчитать интенсивность.
Проведем расчет интенсивности по следующей формуле:
Для этого сначала найдем концентрации каждого элемента соединения:
Общая молярная масса: M = 3*39,1+2*6,94+5*93+15*16 = 836,18 г/моль;
Число Авогадро: NA = 6,022*1023 моль-1
Плотность: ρ = 4,15 г/см-3;
N = 6,022*1023 * 4,15 * (836,18)-1 = 2,99 * 1021 см-3
Тогда получим доли концентраций для каждого элемента:
NK = 2,99 * 1021 * 3/25 = 3,588 * 1020 см-3;
NLi = 2,99 * 1021 * 2/25 = 2,392 * 1020 см-3;
NNb = 2,99 * 1021 * 5/25 = 5,98 * 1020 см-3;
NO = 2,99 * 1021 * 15/25 = 1,794 * 1021 см-3;
Теперь, расчитаем сечение фотоионизации для каждого элемента, и результаты занесем в таблицу:
Пример расчета для O:
2
2
2
Таблица 3 – Сечения фотоионизации в ангстремах в квадрате.
|
K |
Li |
Nb |
O |
K |
0,000945594 |
2,71297E-08 |
- |
7,89437E-06 |
L1 |
3,33727E-06 |
- |
0,000457 |
3,41245E-09 |
L2 |
1,83836E-06 |
- |
0,000365 |
1,56777E-10 |
L3 |
1,79228E-06 |
- |
0,000331 |
1,56777E-10 |
M1 |
8,15147E-09 |
- |
5,76E-06 |
- |
M2 |
1,66234E-09 |
- |
3,38E-06 |
- |
M3 |
1,66234E-09 |
- |
3,04E-06 |
- |
M4 |
- |
- |
7,55E-07 |
- |
M5 |
- |
- |
7,28E-07 |
- |
N1 |
- |
- |
3,1E-08 |
- |
N2 |
- |
- |
8,15E-09 |
- |
N3 |
- |
- |
8,15E-09 |
- |
N4 |
- |
- |
3,87E-11 |
- |
N5 |
- |
- |
3,87E-11 |
- |
Для расчета надо учесть ионизационные потери и плазмонные потери:
Ионизационные потери:
Пример расчета сечения ударной ионизации фотоэлектроном O(K) уровня O(L1):
Тогда посчитаем :
Таким образом, для подсчета полных ионизационных потерь для фотоэлектрона O(K) нужно посчитать его взаимодействие с электронами каждой оболчки. Полученные результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Ионизационные потери для каждого фотоэлектрона в см.
, см |
K |
Li |
Nb |
O |
|
4,75E-05 |
3,52E-04 |
- |
2,10E-05 |
|
2,18E-04 |
- |
5,73E-05 |
2,36E-05 |
|
2,22E-04 |
- |
6,46E-05 |
2,37E-05 |
|
2,22E-04 |
- |
6,76E-05 |
2,37E-05 |
|
2,36E-04 |
- |
1,28E-04 |
- |
|
2,37E-04 |
- |
1,31E-04 |
- |
|
2,37E-04 |
- |
1,31E-04 |
- |
|
- |
- |
1,36E-04 |
- |
|
- |
- |
1,36E-04 |
- |
|
- |
- |
1,41E-04 |
- |
|
- |
- |
1,41E-04 |
- |
|
- |
- |
1,41E-04 |
- |
|
- |
- |
1,42E-04 |
- |
|
- |
- |
1,42E-04 |
- |
Плазмонные потери:
Для расчета плазмонных потерь нам понадобится расчитать следующие величины:
Частота плазмона: , где
Концентрация валентных электронов:
Найдем скорость по формуле:
Таблица 5 – квадраты скоростей в (м/с)2.
|
K |
Li |
Nb |
O |
|
3,17E+14 |
1,57E+15 |
- |
1,40E+15 |
|
1,45E+15 |
- |
6,37E+14 |
1,58E+15 |
|
1,48E+15 |
- |
7,19E+14 |
1,58E+15 |
|
1,48E+15 |
- |
7,52E+14 |
1,58E+15 |
|
1,57E+15 |
- |
1,42E+15 |
- |
|
1,58E+15 |
- |
1,45E+15 |
- |
|
1,58E+15 |
- |
1,46E+15 |
- |
|
- |
- |
1,51E+15 |
- |
|
- |
- |
1,51E+15 |
- |
|
- |
- |
1,57E+15 |
- |
|
- |
- |
1,57E+15 |
- |
|
- |
- |
1,57E+15 |
- |
|
- |
- |
1,58E+15 |
- |
|
- |
- |
1,58E+15 |
- |
Таким образом, посчитаем плазмонные потери по формуле (полученные результаты приведены в таблице 6):
Пример расчета для O(K):
Таблица 6 – плазмонные потери в см.
|
K |
Li |
Nb |
O |
|
1,43E-07 |
6,45E-07 |
- |
5,80E-07 |
|
6,01E-07 |
- |
2,76E-07 |
6,49E-07 |
|
6,12E-07 |
- |
3,09E-07 |
6,52E-07 |
|
6,12E-07 |
- |
3,23E-07 |
6,52E-07 |
|
6,48E-07 |
- |
5,88E-07 |
- |
|
6,50E-07 |
- |
6,01E-07 |
- |
|
6,50E-07 |
- |
6,03E-07 |
- |
|
- |
- |
6,24E-07 |
- |
|
- |
- |
6,24E-07 |
- |
|
- |
- |
6,45E-07 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
|
- |
- |
6,48E-07 |
- |
|
- |
- |
- |
- |
|
- |
- |
6,52E-07 |
- |
Имея все нужные параметры сможем расчитать интенсивность, а полученные результаты занести в таблицу 7.
Пример расчета для :
Таблица 7 – Результаты полученных интенсивностей.
|
K |
Li |
Nb |
O |
|
4,84E-06 |
4,17E-10 |
- |
7,99E-07 |
|
7,18E-08 |
- |
7,51E-06 |
3,86E-10 |
|
4,03E-08 |
- |
6,71E-06 |
1,79E-11 |
|
3,92E-08 |
- |
6,36E-06 |
1,79E-11 |
|
1,89E-10 |
- |
2,02E-07 |
- |
|
3,87E-11 |
- |
1,21E-07 |
- |
|
3,87E-11 |
- |
1,09E-07 |
- |
|
- |
- |
2,80E-08 |
- |
|
- |
- |
2,70E-08 |
- |
|
- |
- |
1,19E-09 |
- |
|
- |
- |
3,14E-10 |
- |
|
- |
- |
3,14E-10 |
- |
|
- |
- |
1,50E-12 |
- |
|
- |
- |
1,50E-12 |
- |