К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Если такой электрон выходит в вакуум без потерь энергии, т.е, а достаточно малой глубины (дали нанометра), то по его кинетической энергии можно судить о природе Ожеэлектронов, т.е. химическом составе и концентрации соответствующих элементов в приповерхностной области. При заполнении вюсансии на внутренней элексронной оболочке возможно тюске непускание кванта ренпено веко го харюсгеристнческого излучения. Спектр ренчтеновского излучения несет информацию о природе излучающих атомов. Зто широко используется при локальном м икр о впали ее элементного состава твердых тел. Все перечисленные виды излучений уиоыг определенную часть энергии первичных элехтронов, и чем выше энерпш первичных электронов, тем значительнее потери энергии, приносимой первичными электронами.
При коллективных возбулдениях первичный электрон взаимодействует а системой вачентных электронов твердого тела, которую можно в этом случае рассматривать как вырожденный газ или плазму свободных элекгронов в поле однородно распределенного положительного заряда. При внешнем возбузвденнн такой плазмы возникают колебания электронной плотности на дискретных квантованных частотах, завиаящих от концентрации электронов и свойств материала. Квант энергии плазменных колебаний (плазмон) принято ачитать квазичаапщей твердого тела, обладающей определенными значениями энергии н импульса.
Каждому веществу соответствуют свои значения энергии объемном и поверхностного плазмонов. Эта энергия может составлять 3- 30 эВ. Изучение спектра плазменных колебаний в твердом теле позволяет получать информацию об электронной структуре различных участков в сплавах и полупроводниках, судить о аостоянии (чистоте и микрорельефе) их поверхности. Особый питерса представляют те рассеянные электроны, которые перед выходом в вакуум имеют характеристические (яиакретные) потери энергии. Энергия таких электронов отличается от энергии первичных и упруго отраженных на величину, которая не зависит от начальной энергии н характерна для материала и состояния объекта, включая его поверхносп.
По спектрам характеристических потерь знерпш электронов мсакно судить об элементарных актах взаимодействия первичных электронов с твердым телом и, в частности, опредаить энерппо, затрачнваемГчо на возбуждение фононных и плазменных колебаний, и о низ ацию внутренних электронных оболочек и т.п. На этом принципе основан метод апекгроскопни характеристических потерь энергии электронов или ионизационной спектроскопии.
Создано специальное электронно-лучевое оборудование для регистрации спектров характеристических потерь энергии электронов и их расшифровки. По этим спектрам определяют локальный элементный состав образца, чистоту его поверхности и талшину загрязнения, контролируют микрорельеф и т.п. Неупрутие электрон-электронные процессы в твердом тале сопровождаются выходом в вакуум не только вторичных, но и неупруго отрюкенных электронов, т.е, тех обратно рассеянных первичных электронов, которые потеряли некоторую часть начальной энергии. Число таких электронов характеризуется коэффициентом неупругого отражения.
Кроме равновесных имеютая и неравновеаные элексроны. Большинство возбужденных электронов остаегая в твердом теле и очень быстро теряет ваю избыточную энергию во время многочисленных актов рассеяния (за время жизни 10 ы - 10 гз с). В результате в зоне проводимости накапливаются неравновесные электроны с тепловыми скоростямитермализованиые электроны. В металлах таких электронов значительно меньше, чем электронов проводимости (свободных электронов), поэтому заметное влияние на проводимосп они могут оказать только в диэлектриках и полупроводниках.
Увеличение проводимости при электронной бомбардировке в результате появления дополнительных неравновесных носителей заряда (электронов в зоне проводимости и дырок в велентной зоне) называется радиационной проводимостью, нли наведенной проводимостью. Зто юшение во многом похоже на явление фотопроводимоати и используется дяя контроля за технологическими процессами в производспю полупроводниковых приборов и изучения электронных характеристик твердых тел методами наведенной проводимости. В диэлектриках и полупроводниках время жизни неравновесных (термелизованных) элекгронов в зоне проводимости достаточно велико и может достигать десятков и деже ослеп микросекунд.
Однако в итоге эти неравновесные электроны неизбежно исчезают в результате рекомбинации а носителямн противоположного знака. Такая рекомбинация может происходить как при непосредственном ОСНОВНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЗОНЕ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА 61 сшлкновении электрона с дыркой, так и с промежуточным захватом одного из носителей на локальном уровне-ловушке примесей или дефектов, которые играют в этом случае роль центров рекомбинации. Скорость рекомбинации в значительной мере определяется тем, каким образом выделяется избыточная энергия двух рекомбинирующих носителей.
Известны различные способы преобразования этой энергии, в том числе безизлучательные, например, передача энергии одному из электронов атома в результате Оже-процесса или кристаллической решетке с возбуждением фотонов, или испусканием кванта элекгромапгвтного излучения в видимой области спектра (т.е. света), или рекомбинационным излучением, которое еще называется катодолюминесценцией. Это явление широко исцсльзуется для изучения локальных энергетических уровней и возбужденных состояний полупроводниковых материалов, люминофоров и определения их светооптических характерисппс, обнаружения загрязнений на подяожках при электронно-лучевой обработке и др. Таким образом, при облучении злехтронамн твердых тел имеют место два процесса возбухщения атомов твердого тела в результате неупругих электрон-электронных взаимодействий: ионизация внутренних электронных оболочек и переход атома в стационарное соспиние.
Однако имеется промежуточное состояние - возбужденное состояние атома, и его свойспа существенно отяичавлся от свойств двух крайних состояний. Эти свойства прежде всего прояютяются в характере связи с соседними атомами. Если в результате ионизация резко возрастают силы отппкивания между соседними атомами-ионами и если этн атомы- ионы успевают до начала релаксации разойтнсь на заметные расстояния, то происходит необратимое изменение состава облучаемого электронами участка твердого тела за счет, например, удаления одного из возбужденных или нонизованных атомов с поверхности.
К процессам такого рода относятся электронно- стимулированная десорбция чужеродных атомов и молекул, а также диссоциация химических соединений, находящихся на поверхности твердого тела. В последнем процессе продукты диссоциации или часть их могуг удавлюся с поверхности как непосредственно во время облучения (например, при образовании летучих фракций), так и в результате последующей специальной обработки (например, при травлении в агрессивной среде и тш.).
При облучении твердого тела релятивистскими электронами протекают следующие физические процессы: ионная проводимость, ядерные превращения и полная ионизация атомов твердого тела при высоких энерпих (более 8 МэВ). Электронное облучение может приводить и к образованию химических соединений, если химическая активность атомов при возбулщении возрастает.
Электроны пучка в этом случае выполняют роль катализатора. Одной из таких реакций, широко распространенных в электронной литографии, яюиется, например, образование дизлекгрических пленок на подложках в результате полимеризации адсорбированных органических молекул и нанесение рисунков тополопиеских слоев интегральных схем с микронными и даже субмикронными размерами элементов или осаждение пленки неоринических веществ из газовой или жидкой фазы при нанесении тонких пленок и изготовление с их помощью рисунков топо- логических слоев полупроводниковых приборов.
Используемые в этих случаях полимерные и другие материалы называют электронорезистами. Электронорезисты, в которых идет полимеризация, называют позитивными. Облучение негативных электр опор свистов электронным потоком приводит к разрывам молекулярных цепей, т.е. вдет деструкция. Широко используются и другие лучехимические реакции, за счет которых удается улучшать иви измеюпь эксплуатационные илн технологические свойства многих материалов, добиться которых другими известными способами невозмгскно.
При промышленном применении лучехимическнх технологий электроннолучевая технолопи превосходит радиоакпиные источники эзекцюнов, т.к. обладает большой направленной мощностью (до 100 кВт). Релягивисикие электронные пучки широко используются для следующих целей: связывания в молекулярные сети таких материалов, как полиэтилен, полипропилен, полиамиды и псливинилы; вулканнзации натурального и синтетического каучука, силиконовой резины; отверждения лаков в виде ненасыщенных смол (полиэфирных-уретзновых, зло ксидвых, акр иловых); полимер извини с прививкой (графитополимеризаши).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
