Düşük-enerji elektron difraksiyon (LEED), katı cisimlerin
yüzey yapısını incelemek için kullanılan bir metottur; yüzey tarafından elastik
olarak saçılan düşük enerjili elektronların (30-200 eV enerjili) difraksiyon (kırınım)
paternlerinin analizine dayanır.
Yüzey analizinde düşük-enerjili elektronların kullanımı iki
temel nedene dayanır:
1. 30-200 eV enerjili, ~0.1-0.2 nm elektronların de Broglie
dalga boyu*, atomik yapıların difaksiyon koşulunu sağlar; diğer bir deyişle
dalga boyu atomlararası mesafelere eşit veya daha küçüktür. (*Elektronların
dalga boyu de Broglie eşitliğiyle verilir; dalgaboyu, l = h/p, p: elektron momentumu)
2. Düşük enerjili elektronların ortalama yol uzunluğu birkaç
atomik tabakaya eşittir. Sonuç olarak, elastik saçılmaların çoğu numunenin en
üst katmanlarında ortaya çıkar; bu nedenle difraksiyon paterninde maksimum
katkıda bulunurlar.
Şekilde, LEED paternlerinin doğrudan gözlendiği deney düzeneği
gösterilmiştir. Bir elektron tabancasında, katottan emitlenen elektronlar
(negatif bir potansiyel -V'de) bir EV değerinde enerjiye hızlandırılır ve sonra
hareket eder ve alansız bölgedeki numune üzerinde saçılır (difraktometrenin ilk
şebekesi-grid- ve numune topraklanmıştır). İkinci ve üçüncü gridler, katot
potansiyelinden (V - ΔV) biraz daha düşük bir potansiyelde inelastik saçılmış elektronları
kesmek için kullanılır. Dördüncü grid topraklanmıştır, diğer gridleri yaklaşık
+ 5 kV'luk bir potansiyel ile flüoresan ekranından ayırır. Böylece, elektronlar
örnek yüzeyi üzerinde elastik olarak saçılır, geciktirici gridleri geçer ve
daha sonra ekranın flüoresansına (difraksiyon paternini temsil eden) neden
olmak için yüksek enerjilere ivme kazandırılırlar. Örnek olarak, Şekilde,
atomik olarak temiz Si(111)7×7 LEED modeli gösterilmiştir.
LEED metodu çeşitli amaçları karşılar:
LEED metodu çeşitli amaçları karşılar:
·
Yüzeyin yapısal kusursuzluğunun kalitatif
değerlendirmesi (iyi düzenlenmiş bir yüzey net parlak yansımalar ve düşük arka
planlı bir LEED paterni verir)
·
Difraksiyon patern geometrisinden yüzeyin karşıt
kafesinin belirlenmesi
·
Difraksiyon refleksi profiline dayanan yüzey
morfolojisinin değerlendirilmesi
·
Elektron enerjisi (I-V eğrileri) üzerinde
difraksiyon refleksiyon şiddetinin bağımlılıklarını karşılaştırarak yüzeyin
atomik yapısının belirlenmesi
LEED (düşük-enerji elektron
difraksiyon) ve RHEED (refleksiyon yüksek-enerji elektron diffraksiyon) metotları, elektronların enerjisi ve buna uygun
geometrilerin yönünden farklıdır; LEED'de elektron demeti yüzeye pratik olarak
dikeyken, RHEED'de sıyırma açısında yaklaşık 1-5º kadar düşer. Her iki metot da
yüzey yapısı hakkında benzer bilgiler sağlar. LEED'in avantajı, düzenlemesinin
basitliği daha görsel olmaısı ve sonuçları daha kolay yorumlanabilmesidir.
RHEED'in avantajı ise, numune yüzeyinde film büyütme prosesi sırasında
araştırma yapabilme imkanıdır.
Standart dört-latis LEED cihazı ve flüoresan ekranda Si(111)7×7
yüzeyin LEED görüntüsü
