Процессы при ионном распылении поверхности твердых тел и энерго-масс-спектрометрия вторичных ионов (1104334), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Расчеты по (5)–(8) вB2 σ 2 ⋅ μ 2сопоставлении с экспериментом подтверждают хорошую работоспособность этих соотношений. Поэтому на их основе решалась обратная задачаспектроскопии ЭСВИ в ее следующей постановке: определить из ЭСВИзначения величин энергии связи (Ai ) и работы выхода электрона (Фi) длягомогенных неоднородностей в составе гетерогенной мишени. Длярешения указанной задачи проведены следующие компьютерные расчеты.Будем считать все параметры Ai, Фi, Ki, ni в (8) или часть из нихнеизвестными для исследованных нами мишеней.
Далее, будемприближать теоретическую кривую (18) к экспериментальной путёмчисленных методов, известных как методы минимизаций квадратичногофункционала путём оптимизации параметров функции. Полученные такимобразом оптимизированные значения Ai, Фi будем сравнивать сосправочными. Близость сравниваемых величин будет, очевидно,свидетельствовать о возможности решения указанной обратной задачи сиспользованием полученных соотношений.Минимизировался функционал вида:B[Y2S = ∑Liiэксп.]− Y теор.
(xi (1)......xi (k ); П1 .....П м )2ΔYi 22(9)31где xi – координаты экспериментальной точки, i – общее число координат,описывающиходнуэкспериментальнуюточку,L–числоэкспериментальных точек, Пi – подгоночные параметры, М – общее числоподгоночных параметров, Yiэксп. – значения ординат экспериментальныхточек, Yтеор. – задаваемая функция для которой необходимо найти такойнабор значений {Пi}, чтобы значение 2S было минимальным из всехвозможных. Для наших расчетов Yтеор.
задавалась формулой (8).В результате расчетов для ряда гетерогенных мишеней сметаллическими свойствами получено хорошее соответствие междуэкспериментальными и оптимизированными теоретическими кривыми(отклонения от эксперимента не выходят за пределы "коридора ошибок").Полученные в результате расчетов значения Ф лежат, как правило, вдиапазоне справочных значений. Наблюдаемые в ряде случаев отличиясоставляют несколько процентов. Значения А могут различаться в 2–3 раза,что свидетельствует о недостаточной определенности это параметра втеории.Таким образом, представленный в настоящей главе подход исоотношения (5)–(8) позволяют с хорошей точностью описыватьэкспериментальные ЭСВИ при распылении как гомогенных, так игетерогенных мишеней. Кроме того, на основе полученных соотношенийдля каждого конкретного случая может быть решена сформулированнаявыше обратная задача спектроскопии энергетических распределенийвторичных ионов.Глава 6.
Практические приложения ЭМСВИВ настоящей главе приведены практические результаты, полученныеметодом ЭМСВИ в рамках договорных работ при решении следующихнаучных и технологических задач.1. Отработка технологии жидкостной химической очистки поверхностейпластин кремния, применяемых для изготовления сверхбольшихинтегральных схем (совместно с НИИ молекулярной электроники, г.Зеленоград). Показано, что для определенных составов растворовпроисходит не только очистка, но и модификация поверхности пластин.При этом происходит изменение плотности поверхностныхэлектронных состояний и величины энергии Ферми.2. Разработка технологий получения анион-дефицитных оксидов(совместно с кафедрой технологии силикатов ТомПУ, г. Томск) иборосиликатных стекол на кремнии (совместно с НИИ "Дельта", г.Москва).
В последнем случае метод ЭМСВИ использовался в составекомплекса методов совместно с электронной Оже-спектроскопией,Резерфордовским обратным рассеянием и спектроскопией ядер отдачи.Контролировался элементный и химический состав указанных структур32при разных технологических режимах.3. Методом ЭМСВИ исследовались гетерогенные системы InxAsyOz/InAs(совместно с Томским университетом систем управления ирадиоэлектроники). ЭМСВИ совместно с электронной Ожеспектроскопией, электронографией на отражение и рентгенофазовыманализом исследовались гетерогенные системы Au/V/GaAs, (совместнос Сибирским физико-техническим институтом, г.
Томск). Полученыраспределения гомогенных составляющих по глубине структур,идентифицирован их химический состав.4. ЭМСВИ в комплексе с электронной Оже-спектроскопией исследоваласьструктура и строение ультрадисперсных частиц композиционныхматериалов Fe–TiC и Мо–TiC, полученных в плазме импульсногоконденсаторного разряда (совместно с Институтом стали и сплавов, г.Москва). Основной задачей, которую необходимо решить в данныхработах, являлся ответ на вопрос: присутствуют ли компонентыкомпозиций в полученном ультрадисперсном порошке в виденезависимых частиц, либо в продукте реализуется случай, когда однафаза хотя бы частично покрывает другую, или образуется дисперсныйматериал более сложного строения.
В результате исследований выявленрежим получения ультрадисперсного порошка, при котором одна фазачастично покрывает другую.5. При исследованиях систем металл–водород, только благодаря ЭМСВИ(в этом уникальность данного метода), в масс-спектрах вторичныхионов удается разделить ионы дейтерия D+ и молекулу H2+. Этопозволяет увеличить точность послойного анализа распределенийлегких изотопов при насыщении материалов водородом.6. При перемешивании тонкопленочных систем Au/Cu мощными ионнымипучками с помощью ЭМСВИ наблюдалось образование новой фазы всоставе исходного материала после воздействия мощного ионногопучка.
В совокупности с данными растровой электронной микроскопиии электронной Оже-спектроскопии фаза была идентифицирована какинтерметаллическое соединение Cu3Au.Таким образом, разработка способов извлечения информации из ЭСВИпроводилась параллельно с исследованиями свойств данных материаловкомплексом методов. Это позволяло, с одной стороны, надежноисследовать закономерности ЭСВИ при распылении таких материалов, сдругой, решать технологические задачи.ЗАКЛЮЧЕНИЕОсновнымирезультатами,полученнымипривыполнениидиссертационной работы, являются следующие.1.
Вработевыполнентеоретическихисистемныйанализэкспериментальных работ по исследованию физических процессов при332.3.4.5.6.ионном распылении поверхности твердых тел. Классифицированыпроцессы распыления и ионообразованияРазработаны новые представления и модели процессов возбужденияатомов в каскадах атомных столкновений в приповерхностных слояхтвердого тела и в системе атом–поверхность.
При этом впервые втеории возбуждения вторичных атомов при распылении использованыпредставления о квазичастицах, в качестве которых рассмотренывозбуждения в каскадах атомных столкновений и поверхностныеплазмоны, взаимодействующие с вторичными атомами. Расчетывероятностей возбуждения атомов на основе предложенных моделей изакономерности, предсказываемые этими моделями, соответствуютэкспериментальным закономерностям и по-новому объясняют рядэкспериментальных фактов.Разработаны модели формирования энергетического спектра вторичныхионов при ионном распылении гомо- и гетерогенных материалов,позволяющие с точностью не ниже 10% описать закономерностиэнергетических спектров вторичных ионов и подойти к решениюобратной задачи спектроскопии энергетических распределенийвторичных ионов.Путем численных расчетов методом минимизации квадратичногофункционала показано, что из энергетических спектров вторичныхионов при распылении гетерогенных мишеней могут быть полученывеличины работы выхода электрона и энергии связей атомов вгомогенных неоднородностях гетерогенных мишеней.
Тем самымпоказано, что во многих случаях может быть решена обратная задачаспектроскопии энергетических распределений вторичных ионов,направленная на получение физических характеристик (энергии связиатомов и работы выхода электрона) отдельных гомогенных компонент всоставе гетерогенных мишеней.Исследованы энергетические спектры вторичных ионов прираспылении широкого круга гомо- и гетерогенных материалов. Наоснове результатов этих исследований созданы новые способы иконструкции, позволяющие существенно поднять эффективностьиспользования энерго-масс-спектрометрии вторичных ионов дляисследования гетерогенных материалов.Исследованы изотопные эффекты в энергетических спектрах вторичныхионов. Обнаружены изотопные эффекты при: взаимодействииповерхности с химически активными растворами; при ионнойимплантации; водородном насыщении материалов; термодиффузии извнешнего источника; термическом и радиационном отжиге.Установлено, что если воздействия приводят к обмену атомами междуповерхностью и внешней средой (во вторичной ионной эмиссии, прирассеянии ионов от поверхности, при жидкостных обработках34химически активными растворами), то изменение изотопного составаобусловлено изотопным смещением валентных уровней атомов.Изотопные эффекты при взаимодействии поверхности с химическиактивными растворами, ионной имплантации, водородном насыщенииматериалов, термодиффузии, термическом и радиационном отжигемогут составить основу для получения моноизотопных илиобогащенных определенным изотопом поверхностей.7.
Разработанные модели и способы успешно использованы для решенияследующих научных и технологических задач в областиматериаловедения: отработка технологии жидкостной химическойочистки поверхностей пластин кремния, применяемых дляизготовления сверхбольших интегральных схем; разработка технологийполучения анион-дефицитных оксидов и боросиликатных стекол накремнии; технологии изготовления ультрадисперсных порошков;отработки технологий получения тонкопленочных систем на цинке,арсениде галлия, арсениде индия и других.Основные результаты опубликованы в следующих работах:1. Nikitenkov N.N., Kolokolov D.Yu., Chernov I.P.
and Tyurin Yu.I. SIMSinvestigations of isotope effects at a processed solid surface // Vacuum. –2006. – V.81. – I.2. – P. 202–210.2. Н.Н. Никитенков, Д.Ю. Колоколов, Чернов И.П., Тюрин Ю.И.Изотопные эффекты при техногенных воздействиях на поверхностьтвердых тел // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные инейтронные исследования, 2006. – № 7. – С. 58–64.3. Kolokolov D. Yu., Nikitenkov N.N., Skirnevsky A.V., Tyurin Ju.I. Researchof surface isotopic effect at annealing of silicon // Изв.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
