Механизм зарядки диэлектрических мишеней при облучении электронными пучками с энергией 1 – 50 кэВ (1103812)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиЕвстафьева Екатерина НиколаевнаМЕХАНИЗМ ЗАРЯДКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МИШЕНЕЙПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ ЭЛЕКТРОННЫМИПУЧКАМИ С ЭНЕРГИЕЙ 1 – 50 КЭВСпециальность: 01.04.04. – физическая электроникаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМОСКВА 2009 г.Работа выполнена на кафедре физической электроники физическогофакультета Московского Государственного Университета имени М.В.ЛомоносоваНаучный руководитель:докторфизико-математическихнаук, профессор Рау Эдуард ИвановичОфициальные оппоненты:докторфизико-математическихнаук, профессор Филлипов МихаилНиколаевич;кандидат физико-математическихнаук, Галстян Виктор ГайковичВедущая организация:Московский физико-техническийинститут (государственный университет)(г.

Москва)Защита диссертации состоится 19 марта 2009 г. в 16 часов на заседанииДиссертационного совета Д 501.001.66 в МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу:119991, Москва, Ленинские горы, Физический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова, в Южной физической аудитории.Автореферат разослан 16 февраля 2009 г.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультетаМГУ имени М.В.

Ломоносова.2Общая характеристика работыВторично-электронная эмиссия из диэлектрических мишеней и сопутствующий ей эффектзарядки под воздействием электронного облучения изучается в течение многих лет, однако рядаспектов этого многогранного явления все еще не до конца понятен и требует дальнейшегоисследования.

Последнее обстоятельство диктуется тем, что изучение проблем зарядкидиэлектриков имеет не только научное, но и большое практическое значение, например дляаналитических электронно-зондовых методов исследований, электронной литографии, икосмической техники, во многих современных технологиях.В последние годы было установлено, что реальная картина явления зарядки диэлектриковявляется весьма сложной, не согласующейся со многими положениями простой теории эмиссииэлектронов, которая оперирует идеализированной эмиссионной характеристикой σ ( E0 )образца. Ранее было предложено несколько моделей процессов зарядки непроводящих средэлектронными пучками средних энергий.

Все они включают зависимость степени зарядки откоэффициента эмиссии электронов, определяемого как материалом мишени, так и величинойэнергии первичных (облучающих) электронов. Но учет только эмиссионных характеристикдиэлектрика и возможных токов утечки не может объяснить всех нюансов процесса зарядки и вбольшинстве случаев противоречит экспериментальным результатам. В частности, не находитобъяснения факт отрицательной зарядки мишени в области энергий облучающих электронов,где коэффициент эмиссии электронов больше единицы, т.е.

где предполагалась положительнаязарядка. Игнорирование любого из сопутствующих зарядке эффектов и процессов приводитлибо к ложной трактовке результатов экспериментов, либо лишь к частичному отражениюреальной картины весьма сложного динамичного явления зарядки.Внастоящейработе,наосновеэкспериментальныхрезультатов,представленакинетическая модель зарядки диэлектрических мишеней, которая в значительной мере снимаетряд дискуссионных вопросов о времени зарядки, о взаимосвязи коэффициентов эмиссииэлектронов σ и возникающего поверхностного потенциала VS, и о значении второйкритической энергии электронов E2S, значительно отличающейся от аналогичной энергии Е2С,определенной для случая незаряженного диэлектрика.

Показано, что реальное времяустановленияравновесногосостояниязарядкина2–3порядкабольшезначения,рассчитанного на основе теории вторичной электронной эмиссии. Приводятся экспериментальные результаты исследования зарядки различных типов диэлектриков при электронном облучении, рассмотрены основные аспекты механизмов зарядки, что позволяет снять некоторыепротиворечия между теорией и экспериментом, внести определенную ясность в причиныустановления динамического равновесия процессов зарядки диэлектрических мишеней.3Актуальность темы. Эффекты зарядки диэлектрических объектов вызывают большойинтерес в таких областях как космонавтика, радиоэлектроника, микроэлектроника, ядернаяфизика и т.п.

Создание по современным микро- и нанотехнологиям материалов и структур,предназначенных для работы в полях ионизирующих излучений, также требует знания и учетакак радиационно-стимулированных процессов зарядки, так и радиационной стойкостиразрабатываемых устройств. Так, например, из-за возникающих вследствие зарядки пробоев наповерхности космических аппаратов, находящихся на околоземной орбите, ежегодно до 25 %из них выходит из строя.Поэтому назрела острая необходимость упорядочить представления о механизмах зарядкидиэлектрических мишеней, установить взаимосвязь изменения основных параметров зарядки,экспериментально определить фундаментальные характеристики зарядки и провести ихколичественный анализ.

Решению указанных задач посвящена настоящая диссертация.Целью диссертационной работы является изучение основных механизмов и эффектовявления зарядки диэлектрических объектов под воздействием электронного облучения вдиапазоне энергий в единицы и десятки кэВ.В работе были поставлены следующие задачи:1. Изучить физическую причину резкого несоответствия экспериментально наблюдаемыхрезультатов по зарядке диэлектриков с господствовавшей долгое время теорией, основанной напростой зависимости полного коэффициента эмиссии электронов от энергии облучающихэлектронов.2. Проанализировать, в какой мере правомерна предложенная в последние годытеоретическая модель образования дипольного слоя зарядов при электронной бомбардировке иэкспериментально установить на какую величину и в зависимости от каких параметровпроисходит сдвиг значения кроссоверной равновесной энергии первичных электронов призарядке диэлектрической мишени.3. Определить, существует ли такая энергия облучающих электронов, при которойдиэлектрик вообще не заряжается, т.е.

когда и потенциалы и внутренние подповерхностныеэлектрические поля равны нулю.4. Изучить причину обнаруженной резкой дифференциации времени зарядки диэлектриков– быстрой составляющей (десятки и сотни миллисекунд) и долговременной постоянной временизарядки (единицы, десятки и сотни секунд).5.

Объяснить экспериментальный факт уменьшения времени зарядки с ростом энергииоблучающих электронов.4Научная новизна результатов, полученных в диссертации:1. Получены экспериментальные результаты по измерению как равновесных, так и временных параметров зарядки диэлектрических мишеней, показывающие значительный сдвиг значения равновесной кроссоверной энергии облучающих электронов для отрицательно заряженногообразца (на единицы кэВ) по сравнению со случаем идеализированного незаряженногодиэлектрика и устанавливающие наличие нескольких равновесных значений энергий.2. Произведены расчеты потенциальных полей и барьеров над поверхностью заряженногодипольного слоя зарядов, вызывающих возврат части вторичных электронов на облучаемуюповерхность и компенсирующих, наряду с электронно-индуцированными токами в объемедиэлектрика, положительные заряды в приповерхностной облучаемой области.

Предложенаверсия об образовании экситонов и поляронов в слое положительного заряда, объясняющаярадикальное уменьшение коэффициента эмиссии вторичных электронов.3. Впервые получены результаты экспериментальных исследований кинетики зарядкидиэлектрическихмишеней,констатирующихналичиебыстройидолговременнойсоставляющих времени зарядки, обусловленных образованием дипольного слоя зарядов воблучаемой области и влиянием величины начальной энергии облучающих электронов.4.

Проанализированы результаты теоретических и экспериментальных исследованийзависимостей потенциалов и времен зарядки диэлектрических пленок от их толщины, а такжеплотности тока и энергии облучающих электронов.Научная и практическая значимость работы заключается в следующих положениях:В результате проведенных экспериментов и аналитических рассмотрений существенноразвита и прояснена сложная, многогранная картина физических процессов зарядкидиэлектрическихподтверждениематериаловкакподдипольнаявоздействиеммодельэлектронногогенерациислоевоблучения.зарядов,такПолучилиимодельсамосогласующихся саморегулирующихся токов электронов и дырок, образующихся приэлектронном облучении. Но обе указанные теоретические модели существенным образомуточнены и в ряде аспектов поправлены, что привело их в согласие с экспериментом.

Впервыепоказано, что существуют несколько значений облучающих электронов, при которых наступаетквазистатическое или динамическое равновесное состояние.Практическая ценность результатов исследований заключается в том что, впервыепоказано что, при зарядке диэлектриков электронными потоками реальный отрицательныйпотенциал зарядки выше расчетных на единицы кВ, и, в частности, может приводить кнепрогнозируемым пробоям в элементах радиоэлектронных устройств на космическихаппаратах и их катастрофическим отказам.5Экспериментально установленные равновесные значения энергии облучающих электроновдля широкого круга диэлектриков призваны правильно выбирать рабочее напряжение во всехэлектронно-зондовых аналитических методах исследований: сканирующей электронноймикроскопии, рентгеновском микроанализе, Оже-спектроскопии и т.д. Также не менее важно вэлектронно-лучевых технологиях и в проблемах функционирования космических аппаратовзнание реальных времен зарядки диэлектрических мишеней в зависимости от дозы облучения.В настоящей работе определены константы времени зарядки для ряда диэлектриков и указаныпричины их различий.Полученные в работе результаты являются важными как для понимания фундаментальныхфизических эффектов сопровождающих зарядку диэлектрических мишеней, так и в прикладномплане – для их учета при создании новых изделий микро- и наноэлектроники.Основные положения, выносимые на защиту.1.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации