Автореферат (1150371), страница 3
Текст из файла (страница 3)
3. РФЭС спектры центральной части кратера, полученного при распылении сапфира вимпульсном тлеющем разряде с TaКПК (4 кГц, 10 мкс, 770 Па, 700 В): a) сигнал Al2p, исходнаяповерхность кратера, б) сигнал Ta4f, исходная поверхность кратера; в) сигнал Al2p на глубине 2нм (травление ионным пучком); г) сигнал Ta4f на глубине 2 нм (травление ионным пучком).а)б)в)Рис. 4.
РФЭС спектры центральной части кратера, полученного при распылении кварца вимпульсном тлеющем разряде с TaКПК (4кГц, 10 мкс, 770 Па, 500 В): a) сигнал Ta4f (красным исходная поверхность кратера, синим – на глубине 2 нм (травление ионным пучком)); б) сигналSi2p (красным - исходная поверхность кратера, синим – на глубине 2 нм (травление ионнымпучком)); в) сигнал Si2p на глубине 10 нм (травление ионным пучком).В результате исследования поверхности кратера с помощью электронной микроскопииобнаружено, что напыление материала происходит равномерно с образованием структуры,11которая и обеспечивает, с одной стороны непрерывную проводимость поверхности, с другой,оставляет открытые участки пробы для распыления (см.
рис. 5).Рис. 5. EDS карта и спектр центральной части кратера, полученного при распылении сапфира внепрерывном радиочастотном тлеющем разряде в TaКПК (320 Па, 350 В).Проведены исследования зависимости толщины проводящего поверхностного слоя отусловий разряда и времени распыления для различных материалов вспомогательного катода ипробы.
Исследовались радиочастотный и импульсный разряд в КПК. Показано, что толщинапленки, необходимая для формирования достаточной проводимости не зависит от условийразряда и времени распыления, а определяется материалом пробы и катода. Она возрастает суменьшением проводимости пробы, возрастает в ряду Al-Cu-Ta и для импульсного разрядабольше, чем для радиочастотного (см.
табл. 4).Табл. 4. Толщина поверхностного слоя (нм) для различных материалов пробы ивспомогательного катода в непрерывном радиочастотном и импульсном разрядах.КПКAlКПКCuКПКTaКПКНепрерывный радиочастотный разряд,GDOES измерениеSi1,01,62,0SiC3,03,8Al2O33,55,3Импульсный разрядGDOES измерение РФЭС измерениеSiAl2O32,64,06,720Рисунок 6 показывает динамику формирования поверхностного проводящего слоя насапфире в КПК в радиочастотном и импульсном разрядах. Использовался спектрометр GDA650.
Как видно, на начальном этапе происходит напыление слоя необходимой толщины иплотности, и далее резко возрастает аналитический сигнал, поскольку распыление идетаналогично проводникам. В радиочастотном разряде, этот предварительный этап носитзначительно более стабильный характер, в отличие от импульсного. В импульсном разрядесформировать устойчивый поверхностный слой удается не всегда и требуется тщательныйподбор параметров разряда, особенно давления.
Этот момент особенно проявляется в массспектральном варианте, поскольку оптимальное давление разрядного газа в этом случае12существенно меньше необходимого для эффективного формирования проводящего слоя.Поэтому были предложены другие подходы (Главы 7 и 8), упрощающие начальный процессобразования этого слоя, поскольку дальнейшее распыление пробы протекает стабильно.а)б)Рис. 6. Зависимость интенсивностей линий от времени распыления для пробы Al2O3 (1,85 мм) вTaКПК. Образование слоя Ta необходимой толщины.
(а) - в непрерывном радиочастотном, (б) в импульсном разряде тока смещения.В четвертой и пятой главах обсуждается ряд вспомогательных исследований,упростившихрешениеаналитическойзадачи.Вчетвертойглаверассматриваютсявозможности использования метода RSF для упрощения процедуры градуировки. В результатеисследования широкого круга элементов и матриц показано, что в импульсном тлеющемразряде в КПК RSF элементов близки между собой и слабо зависят от матрицы.
Разброскоэффициентов оказался меньше, чем для непрерывного разряда, что объясняется существеннобольшим вкладом неселективного Пеннинговского механизма ионизации в вариантеимпульсного разряда. Это позволяет не только использовать стандарты с матрицей, отличной отисследуемой, но также проводить полуколичественный анализ без использования стандартныхобразцов.В пятой главе обсуждаются способы устранения мешающего влияния воды икислорода, в частности реализация геттерного механизма при использовании вспомогательногокатода, изготовленного из тантала (обладает хорошими геттерными свойствами). Возможностииспользования эффекта геттерирования с помощью Та катода показаны на рис. 7 на графикахзависимости интенсивностей элементов от времени распыления (при этом медленноуменьшается содержание воды и кислорода в разряде) на примере пробы оксидов железа, уранаи циркония. Как видно, начиная с некоторого момента (отмечено пунктиром) концентрацияатомов Та оказывается достаточной для эффективного связывания воды и кислорода, чтосопровождается уменьшением на несколько порядков интенсивностей газовых (29СОН+, 19Н3О+)и оксидных (197TaО+,254UO+,106ZrO+) компонентов.
Таким образом, показано, чтоиспользование танталового вспомогательного катода приводит к существенному уменьшению13мешающего влияния воды и кислорода и, как следствие, к существенному уменьшениюинтерференций и снижению пределов обнаружения.а)б)Рис. 7. Зависимости интенсивности компонентов от времени распыления для пробы оксидовжелеза, урана и циркония с TaКПК. а) 181Ta+, 197TaО+, 29СОН+, 19Н3О+; б) 238U+, 254UO+, 90Zr,106ZrO+. Время начала эффективной работы геттерного механизма отмечено пунктиром.В шестой главе рассматриваются методические подходы к прямому анализу примесей вполупроводниковых материалах: Si, SiC, GaN. Пределы обнаружения (3σ) для большинстваэлементов составляют 30-100 ppb.
Для примера в табл. 5 приведены сравнительные результатыопределения примесей в полупроводниковом кремнии, полученные с помощью SSMS ирассматриваемым методом (с использованием RSF для матрицы кремния, полученных ранее).Как видно, наблюдается удовлетворительное совпадение полученных результатов. В случаеанализа пробы карбида кремния, легированного бором, содержание последнего былоопределено с помощью RSF для кремниевой матрицы. Оно хорошо согласуется с данными,полученными с помощью ВИМС (см. табл. 6). При анализе GaN без использования градуировки(по соотношению интенсивностей) получены значения содержания примесей, которые такжехорошо сходятся с данными ВИМС анализа – см.
табл. 7.Табл. 5. Результаты определения содержанияэлементов в полупроводниковом кремнии,полученные с помощью SSMS и GDMS(Люмас-30); n=5, t=2,776, P=0,95ЭлементТабл. 6. Результаты определения содержаниябора в SiC, полученные с помощью ВИМС иGDMS (Люмас-30); n=5, t=2,776, P=0,95ЭлементСодержание, ppmSSMS, JMS-01-BM2GDMS, Люмас-30B0,10 ± 0,060,15 ± 0,05Zr<0,30,4 ± 0,1Ca7±312 ± 3Ag<0,20,15 ± 0,05Ti0,3 ± 0,20,5 ± 0,1Sb<0,10,20 ± 0,05Cd<0,40,5 ± 0,1Mn0,3 ± 0,20,4 ± 0,1Содержание, ppmВИМС, CAMECA IMS7f GDMS, Люмас-30B9±19,5 ± 0,7Табл.7.Результатыопределенияконцентрации элементов в GaN, полученные спомощью ВИМС и GDMS (Люмас-30); n=5,t=2,776, P=0,95ЭлементAlКонцентрация, ат.
%ВИМС, CAMECA IMS7fGDMS, Люмас-306,1 ± 0,25,9 ± 0,1Si(3,3 ± 0,3)∙10-2(3,0 ± 0,1)∙10-2Mg(1,0 ± 0,2)∙10-4(1,2 ± 0,1)∙10-414Таким образом, показано, что возможно использовать для градуировки стандарты сматрицей, отличной от исследуемой, а также осуществлять полуколичественный анализ безиспользования стандартных образцов.В седьмой главе обсуждаются варианты прямого элементного и изотопного анализаурана и тория в минералах и технологических пробах. В первом разделе рассмотренывозможности элементного анализа указанных проб. В этом случае предлагается подход,способствующий формированию устойчивого проводящего поверхностного слоя, - прессованиеизмельченной диэлектрической пробы на металлическую подложку.
Слой диэлектрикаполучается очень тонким, емкостные потери маленькие, и быстро формируется устойчивый ивоспроизводящий сам себя проводящий слой. С использованием такого подхода проведеноопределение содержания урана и тория в ряде минералов, которые представляют собойоксидные диэлектрики. Их анализ осложняется тем, что ряд ионных компонентов представлен вмасс-спектре как элементной M+ и оксидной MO+ формами.
В связи с этим былооптимизировано время задержки выталкивающего импульса, которое обеспечивало быкомпромисс между достаточным уровнем интенсивности сигнала и минимальной долейоксидной компоненты.Для градуировки использовались синтетические модельные образцы. Отработаныразличные градуировочные подходы: метод RSF, метод внутреннего стандарта и методдобавок. Для всех использованных подходов получена хорошая сходимость результатов.Определенные содержания урана и тория для различных минералов приведены в табл.
8,пределы обнаружения составили десятые доли ppm и сравнимы с пределами обнаружения дляНАА и ЛА ИСП МС (см. табл. 9).Табл. 8. Содержания U и Th в минералах, определенные с помощью исследуемого метода сприменением различных градуировочных методов (если не оговорено особо, условияизмерения: длительность импульса 3 мкс, частота следования импульсов 3 кГц, напряжениеразряда 1100 В, давление 37 Па, AlКПК); n=5, t=2,776, P=0,95ПробаU, масс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
