Диссертация (1150372), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Данное различие объясняется принципиальной разницей в процессахраспыления для рассматриваемых ячеек. Распыление в КПК сопровождается образованиемпроводящего слоя (см. далее), в результате чего распыление идет подобно проводникам.Представляет интерес сравнить отношение концентрации распыленных атомов пробы икатода для импульсного и непрерывного режимов в КПК (поскольку сравнение относительное,для этого достаточно сравнить соотношение соответствующих интенсивностей).
Эта величинаимеет важное значение как для GDOES, так и GDMS, поскольку определяет уровеньинтерференций, вызываемых материалом катода. Соответственно, чем выше указанноеотношение, тем ниже предел обнаружения и требования к чистоте вспомогательного катода.Эти моменты подробно обсуждались в работах по ВК [171–176,184], где ситуация аналогична.Отношение интенсивностей линий основного компонента пробы Is и интенсивности материалавспомогательного катода Ic для непрерывного и импульсного разрядов в КПК представлены вТаблице 6.
Как нетрудно заметить, отношение Is/Ic для DC PGD значительно выше, чем для RFGD. Следовательно, импульсный разряд должен иметь более низкий уровень фона,определяемый содержанием примесей, и лучшие пределы обнаружения.Таблица 6. Сравнение отношения интенсивностей основных компонентовпробы и катода Is/Ic для RF GD и DC PGDПробаКПКIs/IcRF GDDC PGDAl2O3Cu0,0040,11Ta0,654,2SiCAl2,32,8Cu0,0456,5Ta0,501,2SiAl113,0Cu0,1114Ta0,91,4Говоря о материале вспомогательного катода, следует отметить следующие особенности.На Рисунке 5 изображены кратеры, полученные при распылении кремния с различнымиматериалами вспомогательного катода. Наблюдаемые особенности катодов аналогичны в RFGD (a-e) и DC PGD(f-h). Как видно, наиболее плоский кратер наблюдается для CuКПК, дляTaКПК кратер сильно вогнутый (воронкообразный), а для AlКПК – относительно плоский, носильно шероховатый. Использование AlКПК удобно из-за простоты получаемого спектра, нохарактеризуется малыми интенсивностями и скоростями распыления.
CuКПК позволяетполучить несколько большие интенсивности и скорости распыления, но относительныеинтенсивностилинийпробымалы.ИспользованиеTaКПКпредставляетсянаиболее61эффективным как в отношении абсолютных и относительных интенсивностей сигнала, так искоростей распыления. Также перспективно использование его геттерных свойств для удаленияводы и кислорода, о которых будет сказано в главе 5. На Рисунке 5 также представленыпрофили кратеров для ячейки Гримма. Для нее наблюдаются ровные плоские кратеры ивысокие скорости распыления. Среди материалов КПК, медный катод позволяет получитьсхожую поверхность кратера, а танталовый – сопоставимые скорости распыления.Рисунок 5.
Профили кратеров, полученных при распылении Si в RF GD(a-д) DC PGD(е-з)режимах для разных ячеек: a) Ячейка Гримма RF GD, 0,77 кПа, 20,8 Вт, 5,5 мин; б) AlКПК, RFGD, 0,61 кПа, 21,2 Вт, 4 мин; в) CuКПК RF GD, 0,77 кПа, 19,4 Вт, 5 мин; г) TaКПК, RF GD, 0,45кПа, 20,5 Вт, 3 мин; д) Ячейка Гримма RF GD, 0,77 кПа, 36 Вт, 5 мин; е) AlКПК, DC PGD, 0,77кПа, 42 Вт, 6 мин; ж) CuКПК, DC PGD, 0,77 кПа, 36,4 Вт, 6 мин; з) TaКПК, DC PGD, 0,77 кПа,38 Вт, 10 мин; для всех измерений в DC PGD частота – 4 кГц, длительность разряда - 10 мкс.Таким образом, показано, что распыление полупроводниковых и диэлектрических пробнаиболее эффективно реализуется в ячейке КПК, которая и была выбрана для дальнейшихисследований. Наиболее эффективным материалом вспомогательного катода выбран тантал.GDMSИтак, с помощью GDOES исследований показаны преимущества использования КПК посравнению с ячейкой Гримма.
Далее рассматривается GDMS система. Приводится сравнениеячеек КПК и ВК. Также в качестве подтверждения результатов сравнения ячеек Гримма и КПК,приведено их сравнение и для масс-спектральной системы.В одинаковых условиях разряда проводили распыление монолитных проб карбидакремния и кварца и прессованных порошковых проб минерала гиацинта (основа — ZrO2) вячейках с TaКПК, TaВК и без металлических катодов (аналог ячейки Гримма). Средниеинтенсивности в пакете для основных компонентов проб, полученные для рассматриваемыхячеек представлены в Таблице 7. Распыление без использования КПК или ВК наблюдалосьтолько для полупроводниковой пробы SiC, а для диэлектрических проб гиацинта и кварца62оказалось невозможным.
По-видимому, компенсации поверхностного заряда за счетрекомбинационных процессов в распадающейся плазме, о которых говорилось ранее,недостаточно для проб с высоким сопротивлением. Как видно, ячейки, использующиетанталовый катод позволяют получать на 1-2 порядка большие интенсивности, чем ячейкаГримма. Это связано с увеличением проводимости поверхности за счет напыления материалакатода. В свою очередь интенсивности, получаемые в КПК, на 1-2 порядка больше, чем в ВК,что связано с эффектом полого катода, рассмотренного ранее.Таблица 7. Средняя интенсивность в пакете для основного компонента (Si для SiC и SiO2, Zrдля гиацинта), полученная для разных разрядных ячеекПробаЯчейкаTaКПКTaВКГримм43SiC5,35∙104,61∙102,58∙102SiO23,08∙1032,29∙10131Гиацинт5,43∙102,69∙10Кроме того, для ячеек TaКПК и TaВК определили отношение интенсивностей ионовпробы и вспомогательного/вторичного катода (см.
Таблицу 8). Знание этой величины имеетпринципиальное значение, поскольку главным образом этим отношением определяется уровеньфона материала катода и пределы обнаружения компонентов пробы. Соответственно, чем вышеэто отношение, тем ниже пределы обнаружения, и тем менее жесткие требованияпредъявляются к чистоте катода. Эти моменты подробно обсуждаются в работах по ВК[171,172], где ситуация аналогична КПК.Таблица 8. Отношения интенсивностей основного компонента (Si для SiC и SiO2, Zr длягиацинта) и материала катода (Ta), полученные для TaКПК и TaВКПробаЯчейкаTaКПКTaВКSiC0,2890,140SiO20,0200,015Гиацинт0,0330,014Как видно из Таблицы 8, для КПК характерны более высокие относительныеинтенсивности материала пробы, чем для ВК, что позволяет в условиях одинаковой чистотыматериала металлического катода получать более низкие пределы обнаружения.
Отметим, чтополученные значения относительных интенсивностей соответствуют по порядку величинылитературным данным по ВК. Как в работе Милтона и Хаттона [172], так и в работах Шеллеса иван Гриекена [171,173] никаким выбором материала и размеров ВК не удалось добитьсясоотношения больше 0,16-0,17. При этом, как отмечается, например в работе [172], посколькувсякий раз приходится находить равновесие между процессами распыления пробы и напыленияматериала ВК, также приходится находить компромисс между наилучшим соотношением63проба:катод и наибольшей величиной абсолютного аналитического сигнала. Таким образом,реальные соотношения в среднем находятся в диапазоне 0,01-0,1.Таким образом, показано, что КПК существенно превосходит вторичный катод как поабсолютным,такиотносительным(относительноинтенсивностиматериалавспомогательного/вторичного катодов) интенсивностям компонентов пробы.По тем же параметрам проведено сравнение различных материалов вспомогательногокатода: алюминий, медь, тантал.
Результаты этого сравнения для ряда проб приведены вТаблицах 9 и 10.Таблица 9. Средняя интенсивность в пакете для основного компонента, полученная для разныхматериалов катодаПробаЭлементЯчейкаGeSiSiCGaNГиацинтGeSiSiGaZrAlКПК2,28∙1045,34∙1047,28∙1047,5∙1045,07∙102TaКПК6,60∙1031,69∙1045,35∙1042,58∙1045,43∙103CuКПК1,36∙1031,63∙1031,16∙1031,01∙104-Таблица 10. Отношение интенсивностей основного компонента пробы и материалавспомогательного катода, полученные для разных материалов катодаПробаЭлементЯчейкаGeSiSiCGaNГиацинтGeSiSiGaZrAlКПК0,8950,5574,0619,80,012TaКПК0,5140,2460,2892,20,033CuКПК0,0450,0670,0180,038-Как видно, полученные результаты несколько отличаются от результатов аналогичногосравнения для эмиссионного варианта. Так, AlКПК дает наиболее высокие значенияабсолютных и относительных интенсивностей, поэтому может быть эффективно использован.Важным преимуществом AlКПК в масс-спектральном анализе является то, что онмоноизотопен и не склонен к образованию оксидных и аргидных кластеров, а следовательнохарактеризуется минимальными интерференциями.
TaКПК тоже весьма эффективен поабсолютным и относительным интенсивностям ионов пробы. Использование TaКПК такжеперспективно в силу его геттерных свойств, что будет рассмотрено в главе 5. В сравнении сAlКПК следует отметить большую стабильность разряда TaКПК в при работе сдиэлектрическим пробами. Для CuКПК характерно быстрое запыление поверхности пробы64медью, что делает распыление диэлектрических проб практически невозможным. Как и дляэмиссионного варианта, CuКПК дает очень низкие значения относительных интенсивностейионов пробы, и , соответственно, довольно низкие абсолютные интенсивности.
По результатамсравнения принято решение для аналитических измерений использовать далее толькоалюминиевый и танталовый катоды.Таким образом, в результате сравнительных рассмотрений различных ячеек и режимовразряда, как с помощью эмиссионной, так и масс-спектральной системы, показано, чтораспыление полупроводниковых и диэлектрических проб наиболее эффективно реализуется вячейке КПК с импульсным разрядом тока смещения, которая и была выбрана для дальнейшихисследований. В качестве материала вспомогательного катода выбраны тантал и алюминий.653.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
