Диссертация (1149928), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Обзорный РФЭС для образца SrTiOx(15нм)/SiO2/Si, измеренный приэнергии возбуждающих фотонов 700 эВ в шкале энергий связи, и идентификацияосновных фотоэлектронных линий в спектре.Как видно из рисунков 3.6 - 3.8, интенсивность пика C 1s заметноуменьшилась в РФЭС спектре, измеренном после очистки поверхности образцаионами аргона, при этом интенсивность дублета Sr3p существенно возросла.Обращает на себя внимание сохранение во всех спектрах слабоинтенсивного пикавблизи C 1s линии, который согласно [10, 60, 89] указывает на формирование SrCO3на поверхности STO пленок.Напомним, что все образцы SrTiOx/B/Si прошли термическую обработку воптимальном режиме, при котором температура подложки поддерживалась около600 °C, что, согласно [75], обеспечивает минимальную концентрацию SrCO3 на71поверхности синтезируемых структур SrTiOx. Типичными источники кислорода вметоде МН являются H2O и O3.
Поэтому SrCO3 может возникать в процессе синтезаблагодаря сильному окислению поверхностного слоя в результате присутствия O3[60, 62] или H2O [62]. Присутствие SrCO3 в составе STO пленок указывает на то, чтоверхним слоем структуры STO является слой SrO.После очистки поверхности ионами Ar+ для всех структур STO/B/Si спленками SrTiOx толщиной 7 нм и 15 нм были повторно записаны обзорныефотоэлектронные спектры (рисунок 3.9).Совместный анализ измеренных обзорных фотоэлектронных спектров для всехSTO/B/Si образцов показал, что спектры, полученные после очистки поверхностиионами аргона (рисунок 3.9), согласуются между собой как по числу основныхпиков, так и по их энергетическому положению.Далеебылпроведендетальныйсравнительныйинформативных O 1s, Ti 2p и Sr 3d фотоэлектронных спектров.анализнаиболее72a)Интенсивность (отн.ед.)STO(7нм)/SiO2/SiEhv=700 эВC1s (C-CHx)После травленияДо травленияSr3p3/2Sr3p1/2C1s(SrCO3)295290285280275270265Энергия связи (эВ)б)Интенсивность (отн.ед.)STO(15нм)/SiO2 /SiEhv=700 эВПосле травленияДо травленияC1s (C-CHx)Sr3p3/2Sr3p1/2C1s(SrCO3)295290285280275270265Энергия связи (эВ)Рисунок 3.6.
Sr 3p и C 1s фотоэлектронные спектры для образцов SrTiOx/SiO2/Si,записанные при энергии возбуждающих фотонов 700 эВ до и после очисткиповерхности травлением ионами Ar+. (а) для пленки SrTiOx толщиной 7 нм; (б) дляпленки SrTiOx толщиной 15 нм.73a)Интенсивность (отн.ед.)STO(7нм)/HfO2/SiEhv=700 эВC1s (C-CH )xПосле травленияДо травленияSr3p3/2Sr3p1/2C1s(SrCO3)295290285280275270265Энергия связи (эВ)б)Интенсивность (отн.ед.)STO(15нм)/НfO2/SiEhv=700 эВC1s (C-CHx)После травленияДо травленияSr3p3/2C1s(SrCO3)295Sr3p1/2290285280275270265Энергия связи (эВ)Рисунок 3. 7.
Sr 3p и C1s фотоэлектронные спектры для образцов SrTiOx/HfO2/Si,записанные при энергии возбуждающих фотонов 700 эВ до и после очисткиповерхности травлением ионами Ar+. (а) для пленки SrTiOx толщиной 7 нм; (б) дляпленки SrTiOx толщиной 15 нм.74a)Интенсивность (отн.ед.)STO(7нм)/Si3N4/SiEhv=700 эВC1s (C-CHx)После травленияДо травленияSr3p3/2Sr3p1/2C1s(SrCO3)295290285280275270265Энергия связи (эВ)б)Интенсивность (отн.ед.)STO(15нм)/Si3N4/SiEhv=700 эВПосле травленияДо травленияC1s (C-CHx)Sr3p3/2Sr3p1/2C1s(SrCO3)295290285280275270265Энергия связи (эВ)Рисунок 3.
8. Sr 3p и C 1s фотоэлектронные спектры для образцов SrTiOx/Si3N4/Si,записанные при энергии возбуждающих фотонов 700 эВ до и после очисткиповерхности травлением ионами Ar+. (а) для пленки SrTiOx толщиной 7 нм; (б) дляпленки SrTiOx толщиной 15 нм.75Интенсивность (отн.ед.)a)Ehv=700 эВSiO2STO(7 нм)/B/SiHfO2Si3N4O1sSr 3dTi 2pSr4sTi3pSr 3pSr4pTi3s O2s6005004003002001000Энергия связи (эВ)Интенсивность (отн.ед.)б)Ehv=700 эВSiO2STO(15 нм)/B/SiHfO2Si3N4O1s600Sr 3dTi 2pSr4sTi3pSr4pTi3sO2sSr 3p5004003002001000Энергия связи (эВ)Рисунок 3. 9. Обзорные рентгеновские фотоэлектронные спектры для образцовSrTiOx/B/Si (B: SiO2, HfO2 и Si3N4) после очистки поверхности ионами Ar+,измеренные при энергии возбуждающих фотонов 700 эВ. (а) для пленок SrTiOxтолщиной 7 нм; (б) для пленок SrTiOx толщиной 15 нм.76O 1s фотоэлектронные спектры для образцов SrTiOx(7нм)/В/Si, измеренныепосле очистки поверхности пленки SrTiOx ионами аргона приведены на рисунках3.10а - 3.12а.
На этих же рисунках показано разложение спектров на компоненты сиспользованием программного обеспечения CASA 2.3.15. Здесь и во всехпредставленных далее разложениях для вычета фона рассеянных электронов былаиспользована функция Ширли [134]. Компоненты разложения описывались суммойфункций Гаусса (70%) и Лоренца (30%).Как следует из проведенных разложений (рисунки 3.10а - 3.12а), O 1s РФЭСсостоит из двух компонентов, относящихся к SrCO3 (около 532,5 эВ) и SrTiO3 (около530,5 эВ) [12], соответственно, а также слабоинтенсивного пика, связанного состаточными поверхностными загрязнениями.Анализ Sr3d фотоэлектронных спектров тех же структур SrTiOx(7нм)/В/Si,представленных на рисунках 3.10б - 3.12б, указывает на возможность представленияэтихспектровввидечетырехсимметричныхчастично-перекрывающихсяГауссианов со спин-орбитальным расщеплением Sr 3d3/2 - Sr 3d5/2, равным 1.7 эВ,соотношением площадей компонентов, равным 2:3, и шириной пиков на полувысотепорядка 1.1.эВ, что хорошо согласуется с характеристиками Sr3d пиков в массивномSrTiO3.
Согласно проведенному разложению, пики при энергиях 134 эВ и 134,7 эВмогут быть приписаны Sr 3d5/2 пикам SrTiO3 и SrCO3, соответственно [7, 12].77a)Интенсивность (отн.ед.)STO(7нм)/SiO2/SiEhv=700 эВO1s(SrTiOx)O1s(SrCO3)поверхностныезагрязнения536 535 534 533 532 531 530 529 528Энергия связи (эВ)б)Интенсивность (отн.ед.)STO(7нм)/SiO2/SiEhv=700 эВSr3d5/2Sr3d3/2Sr3d(SrTiO3)Sr3d(SrCO3)139 138 137 136 135 134 133 132 131Энергия связи (эВ)Рисунок3.10.ЭкспериментальныефотоэлектронныеспектрыдляобразцаSrTiOx(7нм)/SiO2/Si, измеренные при энергии возбуждающих фотонов 700 эВ инормальном угле эмиссии после очистки поверхности образца ионами Ar+: (a) O 1sспектр; (b) Sr 3d спектр.
Так же представлено разложение спектров.78a)Интенсивность (отн.ед.)STO(7нм)/HfO2/SiEhv=700 эВO1s(SrTiOx)O1s(SrCO3)поверхностныезагрязнения536 535 534 533 532 531 530 529 528Энергия связи (эВ)Интенсивность (отн.ед.)б)STO(7нм)/HfO2/SiSr3d5/2Sr3d3/2Ehv=700 эВSr3d(SrTiO3)Sr3d(SrCO3)139 138 137 136 135 134 133 132 131Энергия связи (эВ)Рисунок3.11.ЭкспериментальныефотоэлектронныеспектрыдляобразцаSrTiOx(7нм)/HfO2/Si, измеренные при энергии возбуждающих фотонов 700 эВ инормальном угле эмиссии после очистки поверхности образца ионами Ar+: (a) O 1sспектр; (b) Sr 3d спектр. Так же представлено разложение спектров.79Интенсивность (отн.ед.)a)STO(7нм)/Si3N4/SiEhv=700 эВO1s(SrTiOx)O1s(SrCO3)поверхностныезагрязнения536 535 534 533 532 531 530 529 528Энергия связи (эВ)б)Интенсивность (отн.ед.)STO(7нм)/Si3N4/SiEhv=700 эВSr3d5/2Sr3d3/2Sr3d(SrTiO3)Sr3d(SrCO3)139 138 137 136 135 134 133 132 131Энергия связи (эВ)Рисунок3.12.ЭкспериментальныефотоэлектронныеспектрыдляобразцаSrTiOx(7нм)/Si3N4/Si, измеренные при энергии возбуждающих фотонов 700 эВ инормальном угле эмиссии после очистки поверхности образца ионами Ar+.
(a) O 1sспектр; (b) Sr 3d спектр. Так же представлено разложение спектров.80Аналогичное разложение O 1s и Sr3d спектров было проведено для спектровобразцов SrTiOx/В/Si с пленкой STO толщиной 15 нм.На рисунке 3.13 приведены Sr3d РФЭС для систем SrTiOx(15нм)/B/Si. Всеспектры были нормированы на сечение фотопоглощения, фактор ассимметрии [118]и функцию пропускания анализатора.Отчетливо видно, что интегральная площадь пиков Sr3d, относящихся ксоединениюИнтенсивность (отн.ед.)SiO2SrCO3,зависитSTO 15 нмотSi3N4химическогосоставаSr3d5/2Sr3d5/2(SrTiOx)Sr3d3/2(SrCOx)Sr3d3/2(SrTiOx)135132Sr3d3/2(Sr*)138(SrTiOx)(SrCOx)(SrCOx)(Sr*)138B.Eh=700 эВHfO2Sr3d5/2интерслоя135132(Sr*)138135132Энергия связи (эВ)Рисунок 3.13.
Sr 3d РФЭС, измеренные при энергии возбуждающих фотонов 700 eVи нормальном угле эмиссии после очистки поверхности образца ионами Ar+, длясистем SrTiOx(15нм)/B/Si, где В: SiO2, Si3N4, HfO2.81Видно, что наименьшее содержание SrCO3 прослеживается на поверхностиSrTiOx пленки, выращенной на интерслое SiO2. Содержание SrCO3 для пленок STO,выращенных на интерслоях HfO2 и Si3N4.примерно одинаковое.Также обращает на себя внимание максимальная интенсивность пиков Sr3d вспектре SrTiOx пленки, выращенной на Si3N4.
Вероятнее всего это связано сповышенной концентраций атомов Sr в пленке SrTiOx(15нм)/Si3N4/Si по сравнению спленками, выращенными на SiO2 и HfO2 интерслоях. Аналогичные тенденции быливыявлены при анализе Sr3d РФЭС тонкопленочных систем SrTiOx(7нм)/B/Si.На рисунке 3.14 в качестве примера приведено разложение Ti 2pфотоэлектронного спектра для образца SrTiOx(15нм)/Si3N4/Si.
Спектр был измеренпри энергии возбуждающих фотонов 700 эВ и нормальном угле эмиссии послеочистки поверхности пленки SrTiOx ионами аргона.Анализ приведенного на рисунке 3.14 разложения указывает на то, что Ti 2pРФЭС характеризуется дублетной структурой со спин-орбитальным расщеплениемTi 2p3/2 - Ti 2p1/2 , равным 5.7 эВ, и соотношением площадей компонентов 1:2, чтохорошо согласуется с характеристиками дублетной структуры Ti 2p состояния вSrTiOx [83]. Следует подчеркнуть, что Ti 2p РФЭС, проанализированные для всехобразцов, оказались практически неразличимыми.Напомним, что традиционная фотоэлектронная спектроскопия являетсяповерхностно чувствительным методом, в котором глубина зондирования веществав диапазоне энергий 200 эВ -1500 эВ не превышает 2 нм.Использование более высоких энергии возбуждающих фотонов позволяет засчет роста кинетической энергии электронов увеличивать длину свободного пробегаэлектронов и тем самым изменять глубину анализа в широких пределах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
