Борман В.Д. - Физические основы методов исследования наноструктур и поверхности твердого тела (1040989), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Пройдя плоскопараллсльный анализатор низкого разрешения, расположснный под углом 45" к падающсму пучку, электроны с энергией в выделенном интсрвалс отклоняются н чсрез входную 112 диафрагму направляются к фильтру низких энергий. Те пз электронов, энергия которых не превышает номинального значения, соответствуюгцсго потенциалу фильтра, отражаются обратно и фокусируются через центральную диафрагму анализатора, а электроны с большей энергией попадают на поверхность электростатического зеркала и, рассеиваясь, выходят из пучка. Электроны„ отраженные фильтром низких энергий, фокусируются квадрупольной линзой и пацадак~т на фильтр высоких энергий.
Те из пих, энергия которых вьцце номинальной энергии фильтра, проходят к детектору, а остальнью возвращаются обратно в анализатор и нс регистрируются. Спектр получают, измсняя тормозящее поле при постояшюм значении энергии, пропускаемой анализатором 171. 2.7З. Детектор электронов Практически, во всех коммерческих фотоэлектронных спектрометрах в качестве детектора электронов используется канальный электронный умножитель. Канальный электронный умножитсль представляет собой тонкую трубку цз полупроводящего стекла, вдоль которой прикладывается разность потенциалов (2-4 кВ).
При столкновении электронов, попадающих внутрь трубки, с сс стенкой происходит генерация вторичных электронов. Эти элекгроны ускоряются н отклонякпся в поле приложенной разности потенциалов, испытывая многократные столкновения с поверхностью, что приводит к каскаду вторичных электронов, собирасмгях на выходе из трубки (рис.2.41, а). Для ошимизации работы умножи"геля его изготавляни в виде закрученной по спирали трубки 1см. рис.2.41, б).
Выходной сигнал умцожителя — эго послсдаватсльност1 импульсов, поступакнцих на усилитель, а затем — на цифроаналоговый преобразователь, многоканальньш анализатор и управляющий компьютер. В силу своей кохшакгности на выходе из входной щели эпергоанализатора может быть установлено сразу несколько канальных электронных умножителей, что даст возможность повысить чувствительность спсктрометра. Многоканальный электронный умножитель представляет собой пластину, состоящую из сотен и даже тысяч параллельных канальных электронных ум|южитслей диаметром -1О мкм и длиной 113 каскад вторичных электронов первичный электрон 1А) -5О О. а) Схема прямого канального электронного умновителя величенныи о) схема иэогнутого умновителя в) Схема многоканального умнокителя в виде пластины Рис. 2.4!.
Г.'хскттттттчсскос эпооражснис устройства канального аасктрониого умножитсля: а — ирямой каттаэтьттьт)1 зэтсктроттттый умттожитсль с длиной канала А и лиамстром )З„гт — изогнутый канальный умтгожигсль с прямоугольным вхоиным отвсрсз исм; а — многокаиааьный эясктронныл умножитсяь 1191 канала 1-2 мм (сы.
рис.2.41, гг). Детектор такой конфигурации является прострапствсшю-чувствительным и может использоваться для получения изображений 1191. 2.8. Использование метода РФЭС в исследовании наноструктур и поверхности твердого тела 2.8Л. Образование наноструктур на поверхности Я (100), индуцированное адсорбцией кислород» Методы 1эФЭС и ЛСМ позволили провести исследования процессов на поверхности кремния % 1100), взаимодействующей с кислородом вблизи порога зародышсобразования твердого оксида ". Установлено, что порог зародьппсобразования является границей областей температур и давлений кислорода, в которых имеют место фазовы11 переход образовали~ субмо)юслойтюго оксида и переход огрубления, ипдуцируемый адсорбцисй кислорода.
Обэиаружепо, что вблизи порога зародышеобразования на поверхности, покрытой ~т ВД. Борман, )СЬ)О. Лсбсдттттскэтэт„В.И. Троян П ЖЭТФ ! 14 (1998) с.23ту. 114 Рис. 2.42. Рситгсисягскис гротоигскгрогигыс сисктры о12р иовсрхиости %(1001 в различных оксияиых состояииях Я'"' (л-1-4. иуиктириыс кривыс 1-41 иослс тксиозииии в кислоролс (г =- 100 с, р = 10 торр„ Т = 021 К) (криввя иг." Ь вЂ” сггсктр ггля иовсрхиости исокислсииого крсгииия 'к1 гоя Измерсггггый порог зародышсобразования твсрдого оксида при давлении кислорода р=бк10 ' Торр, соответствующсму температурному интервалу 919-925 К, в котором происходит псрсход от режима формирования монослоя твсрдого оксида ЯОг.
При увсличснии давлсиия область ггорогтг зародыглсобразования сдвигастся в сторону больших тскгггератур. Это соотвстствуст зависимости давлсния от тевгггсратуры. 115 хсмосорбированным кислородом, образуются как стохасти геский шероховатый рельсф„так и квазипсриодичсскис структуры. Экспсрименты были вьшолнсны на гггсктроггггом спсктромстрс ХБАМ-800.
Рентг.еновскис фотоэлсктронные спсктры возбуждалггсь излучением Мо Ка источника (1253.6 эВ). Разрешсние сггектрометра по линии Лц 4~г,з составляло 0.9 зВ. Очистка образца производилась путсм отжиг.а в свсрхвысоком вакуумс в камсре спектромстра (р-10 Торр, 7=1300 К). Методика проведсния исследования кинстики начального окисления повсрхности Я(100) основана на измсрснии зависимости максимума интенсивности пика кислорода 01з от времени при экспозиции в кислороде.
Па рис.2.42 прсдставлсн РФЭ спсктр %2р (ВЕ=99 эВ) повсрхности %(100) в присутствии кислорода. Видно, что вблизи поверхности атомы кремния находятся в четырех оксидных состояниях, Я (гг=1, 2, 3, 4) (см. рис.2.42, спектры и и Ь). Рис. 2.43.
Ихобрахгсььььс. полунсннос хьсго;ьохь ьвомььо-сььлоььоьчь микроскопии. и гьрофили ьььсрохова1осгьь повсрхноь.-ги крсмньья %(!00) прьь львььсьььььь кислорода Р.=-.6.$0 ~ Тпрр: а--нсходная повсрхпосгь; да — нослс проьрсва в кислорохс при 1см- нсратурах 9 ) 5 К (гз).
925 К (гь). 945 К (а) При псрсходс порога зародышсООразОВания твсрдОГО Оксида с)1С)з обРазУетсЯ летУчий оксид %О. Б РезУльтате пРоисходит обРазованнс на поверхности кремния вакансий, что приводит в условиях гьостояьььього потока молекул на поверхность безактивационного 1сььонтанного) образования вакансий на поверхности.
При увеличении концентрации происходит фазовый переход конденсация вакансий образований шсроховагого рельефа поверхности. Поэтому два фазовых перехода окисления и Огрубления поверхности наблюдается одновременно, что соответствует установленному в проведенных Опьпах окислению шероховатой поверхности, которая должна быть обогаьцсна вакансиями.
Явление возникновения шероховатого рельефа при адсорбции кислорода как результат фазового перехода конденсации вакансий продемонстрировано на рис.2.43. Из рисунка видно. что для исходно гладкой поверхности измеренное изменение высоты поверхности на длине сканнрования 1000 нм составляет 0.2-0.3 нм, что не превышает величины (0.2-0.3 нм) пространствешюго разрсьььеььия прибора в нормалыюм направлении. Характерной Особсшюстью рельеь1)а поверхности после взаимодействия с кислородом при Р=бх10 Торр, Т=925 К н време- -7 ни экспозиции г=800с являьотся почти периодически расположенные на поверхности кристалла редкие ь.лубокие ямы на фоне мелкомасштабных флуктуаций высоты поверхности.
Средняя глубина ям составляет Ь=ЗО нм, а расстояние между ямами г'=800им. Шероховатый рельеф поверхности иоявляегся после взаимодействия с кислородом во всей исследованной области порога зародышсобразОВания. Харак Гсрная высОта 1эельефа н)ь плоскОсти 4х4 мкы со 116 ставляет <30 нм, а характерный размер по плоскости < 250 ни. При более высоких температурах У'-940 К поверхность после акспозиции в кислороде в пределах точности измерений остается гладкой. Из изложсшюго следует„что вблизи порога зародыисобразования в оньпах при постоянном давлении кислорода с увеличением тсмпсратуры происходит последовательная смела режимов взаимодействия кислорода с поверхностью %1100). Режим формирования твердого оксида на гладкой поверхности сменяется режимом образования оксида на шероховатой поверхности, а при дальнейшем повышении в исследованной области температур происходит лишь огрубление поверхности в присутствии хемосорбированного кислорода.
2.82. Прямое наблюдения моносглойного роста оксидных споеи на пояерхности Я(100) на начальной стадии окисления с помощью РФЭС Как отмечалось раисе, вблизи поверхности атомы кремния находятся в четырех оксидных состояниях. ЯЯ' 1д=1, 2, 3, 4). РФЭ спектры %2р в этих оксидных состояниях приведены на рис.2.42. $200 а Д ви 'Ф 20 46 60 Рис. 2.44. Киисгика обргсзоваиия оксилиой фазы кремния в разцых состояниях. включая стадию пачалыюго оюгслсиия. Фиксирусмос умсиыисиис вклада состояиий Я и % ири иагрсвс в СВВ изоаразксио стрелкой. Кривая а1х ирсдставляст сооой сугаыариую коицсии рацию атомов $1, иахолюцихся во вссх ютырсх оксициых состояииях %, Рй ", Рйз и Я" ' ~ Ъ'.1Х Вопиаи.
Е.Р. С1цзст'. т'ц.'т'ц. 1 сьсг11их1й1, Ъ'.1. Ттоуаи д Рйув. Кск. Еси. 67 (1ав11 1здзь7. 117 Кинстика изменения этих оксидных состояний прсдс.гавлсна ца рис.2.44. Видно, что кривая %., представляющая собой суммарную концентрацию атомов Я, находящихся в четырех оксидных состояниях, носит ступснчатоподобный характер, с размером каждой из ступенек согпвстствукнцсй 1 М), что отвечает послойному росту твердого оксида БЮ .
2.8.3. Исследование кинетики Роста островков оксидной фазы на поверхности % в окрестности точки Ки)ри Экспериментальное исследование кинетики образования оксидной фазы на поверхности М при субмонослойных покрытиях в пшроком шггервале температур, включающим точку Кюри, с использованием РФЭС и СРМИ (электронный спсктромстр ХАМ-ЗОО). гис. 2.45. Фотоаасктронныс спок~ ры )Ч) 2ра2 (а) и 0 ! а (о). Г."покоры У поаупсны при У'=345 К и г =. 30 Д, 2- посла щцжва акспопировапного порвана при т'=873 К в тспснис 20 анни На рис.2.45,а приведены типичные спектры %2р в двух разных состояниях: металлическом и оксндном.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
