Má diplomová práce / My diploma thesis (czech only)

Rtg reflexe hladkých povrchů křemíku / X-ray reflectivity on smooth silicon surfaces

Ve své diplomové práci jsem se zabýval rentgenovou reflexí na leštěných monokrystalických deskách křemíku, a to především zrcadlovou. Hlavním tématem byla především čistota povrchu křemíku v podobě velmi tenkých‚ vrstev, které vznikají za běžných skladovacích podmínek vzorků, a také to, jakým způsobem lze tyto vrstvy odstraňovat. Tato čistota je především důležitá tehdy, pokud chceme na vzorek nanášet jiné vrstvy k dalšímu studiu. Může se kupříkladu jednat o tenké vrstvy biologického původu. Abychom mohli určit parametry nanesené vrstvy, musíme znát parametry substrátu a vrstev, které se již na něm mohli vyskytovat. Ideální případ by byl, pokud bychom za substrát použili homogenní látku bez jakýchkoli vrstev na povrchu a s co nejmenší drsností. Toho však díky přirozené oxidaci, adsorbci látek ze vzduchu a reálnosti povrchu nelze nikdy dosáhnout. (Žádný povrch totiž není nikdy hladký, i když všechny vzorky se kterými pracujeme se jeví od oka jako kvalitní zrcadlo.) Je nutné poznamenat, že drsnosti, které uvažujeme jsou řádově atomových rozměrů, a tudíž nejsou klasickými optickými metodami zjistitelné.

Metoda rtg odrazivosti pod malými úhly umožňuje na základě předpokládaného modelu odhadnout strukturu povrchu. Z reflexní křivky - závislost odražené intenzity na úhlu dopadu - je možné stanovit tloušťky a indexy lomu vrstev, které souvisí s elektronovou hustotou příslušné vrstvy a také střední kvadratickou drsnost rozhraní. Tyto parametry je možné určit ze zrcadlového odrazu záření. Poněvadž však každý reálný povrch je drsný, existuje vedle přímého odrazu také odraz nezrcadlový - difusní rozptyl. Máme-li přiměřeně drsné vzorky a dostatečné experimentální vybavení, můžeme z měření difusního rozptylu určit další statistické charakteristiky povrchu. V nezrcadlovém rozptylu je opět obsažena informace o struktuře povrchu, a to v mnohem větší míře než u rozptylu zrcadlového. Proto se v posledních letech využívá ke studiu různých heterostruktur (např. supermřížek, kvantových drátů a bodů) či biologických vrstev.

Výsledkem této práce bylo zjištění, že za běžných laboratorních podmínek se na povrchu křemíkových vzorků usazuje vrstva pocházející z atmosféry, ovšem po určité době se již tato vrstva nemění a nastává tak nasycený stav. Poněvadž je tato vrstva vázána poměrněv elmi slabými vazbami a lze ji snadno odstranit zahřátím vzorku pouze na teplotu několika set stupňů, je zde velké podezření, že se jedná o usazené vodní páry. K usazování vrstvy dochází neustále, přičemž je tento děj patrný i na čerstvě žíhaných površích, kdy je právě změna reflektivity v důsledku adsorbce vrstvy nejrychlejší. Kromě žíhání, které je asi nejspolehlivější metodou odstraňování adsorbované vrstvy, lze také tuto vrstvu odstranit omytím povrchu křemíku detergentem. Zdá se, že smáčivost povrchu roztokem detergentu umožňuje částečné sejmutí usazené vrstvy, které se vyrovná i žíhání při nižších teplotách.

Pokud Vás má diplomová práce zajímá podrobněji, můžete si ji stáhnout ve formě postcriptového souboru - dipl_ps.zip .