1598005400-e4d976f05e65a6df0c91dae52ce6f965 (811206), страница 6
Текст из файла (страница 6)
1.3.2 Анализ состава материалов Физические методы исследования состава материалов играют более важную роль по сравнению с методами химического анализа. Особый интерес представляют те из них, которые могут быть использованы для изучения готовых приборов. В основе ряда методов лежит получение характеристик линейчатых спектров рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение с дискретными флуоресцентными спектрами [51] испускают атомы вещества, возбуждаемые жестким рентгеновским излучением. Данный метод, однако, обеспечивает невысокую разрешающую способность в поперечном направлении. Предел разрешения менее 1 мкм в поперечном направлении и по глубине достигается при возбуждении рентгеновского излучения электронами с использованием электронно-зондового микроанализатора в сочетании с растровым или просвечивающим растровым электронными микроскопами (52].
Энергодисперсионный анализ испускаемого рентгеновского излучения выполняется с применением полупроводниковых детекторов, которые имеют больший угол восприятия и более высокую чувствительность, чем спектрометры с кристаллическим диспергирующим элементом. Из-за наличия эффектов упругого рассеяния электронов и вторичной флуоресценции пространственная разрешающая способность этого метода при исследовании массивных образцов ограничена величиной, приблизительно равной 1 мкм. Однако при изучении тонких образцов в просвечивающем растровом электронном микроскопе предел разрешения может быть понижен до 5 нм. Исследование материала с помощью элект- Анализ свойств полупроводниковых материалов ронно-зондового микро- анализатора в сочетании к с ионным травлением позволяет определять профили распределения химических элементов. По указанным выше причи- 5 нам разрешающая способность по глубине составляет около 1 мкм.
Повысить разрешаю- И шую способность в поперечном направлении и по Прпйолищпелькпсмь распыления глубине можно при ис- электРОнов Рис. 1.10. Полученные методом оже-спект- НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ (!... роскопии профиля распределения химиче- 5 кэВ), стимулирующих ских элементов в тонкопленочных солиечэмиссию оже-элект онов иых элементах иа основе Сизо — Сс1о непо- средственно после реакции в твердой из нескольких ближайших фаэ к поверхности моиомолекулярных слоев. Данный метод, называемый оже-спектроскопией, позволяет проводить исследования в сканирующем режиме (сканирующий ожемикроанализатор) и обеспечивает разрешающую способность в поперечном направлении, приблизительно равную размеру луча, и разрешающую способность .
по глубине порядка 1...3 нм. В сканирующем режиме возможно получение полной картины распределения концентрации химических элементов. Особым достоинством метода оже-спектроскопии является высокая эффективность анализа атомов легких элементов. При послойном удалении материала с помощью установленного в од. ном положении или сканирующего пучка ионов повторение элементного анализа поверхности дает информацию об изменении химического состава материала по глубине (53]. При этом необходимо принимать меры для исключения ошибок и искажений в показаниях приборов, которые возникают вследствие неоднородного распыления, каналирования и других эффектов. Типичное для солнечных элементов на основе Спз5 — Сд5 распределение состава по глубине, определяемое методом ожсспектроскопии, показано на рис.
1.10. В методе фотоэлектронной спектроскопии, известном в химии под названием электронной спектроскопии для химического анализа, в качестве излучения, стимулирующего эмиссию электронов из валентной зоны материалов, применяется характеристическое рентгеновское излучение, источником которого служит магниевый или алюминиевый анод. Этот метод (54], вообще говоря, не обладает высокой пространственной разрешающей спо- га Глава 1 собностью, тем не менее он позволяет достичь разрешения по глубине, равного 1...3 нм, и аналогично методу оже-спектроскопии может применяться для определения градиента состава. Наиболее важное практическое значение метода электронной спектроскопии для химического анализа состоит в том, что его можно использовать для изучения сплавов и соединений, поскольку спектры эмитированных электронов несут информацию о химическом состоянии обнаруживаемых элементов.
Метод масс-спектроскопии вторичных ионов применяется для анализа ионов, испускаемых веществом, которое подвергается ионному травлению, и, следовательно, позволяет изучать распределение химических элементов по толщине образца [55). С помощью этого метода можно обнаруживать элементы, содержащиеся в незначительном количестве (несколько миллионных долей), а также разделять изотопы.
Все три метода — оже-спектроскопия, электронная спсктроскопия для химического анализа и масс-спектроскопия вторичных ионов в обычно требуют создания высокого вакуума, а проведение анализа распределения элементов сопровождается разрушением образца. Элементный анализ, основанный на обратном резерфордовском рассеянии [56], относится к неразрушающим методам, однако для получения зондирующего луча необходимо использовать ускоритель частиц. Помимо перечисленных методов исследование тонких пленок может осуществляться с помощью стандартных аналитических методов: атомно-абсорбционного анализа, нейтронного активационного анализа и искровой спектроскопии.
Эти методы, как правило, требуют разрушения образца и дают лишь усредненные характеристики пленки. Кастелем и Веделем [57) разработан метод электрохимического анализа полупроводниковых материалов, который позволяет определять толщину окисного слоя, состав и эквивалентную толщину полупроводниковой пленки. Исследование этим методом пленок Сце8 основано на определении потенциала материала на конечной стадии проходящих реакций СевО+ НвО+ 2е--~-2Си -1 2ОН вЂ”, (1.)7) слез ) (2 — х) е — л(х/2) слез ) !(2 х))2! нз ~ 1(2 х))2! н+, (1.(8) (х/2) Сивз + хе — ~ х Си + (х!2) НЬ (1,19) Если Я1 и Яе — заряды, необходимые для завершения реакций (!.18) и (1.!9) соответственно, то стехиометрический коэффициент рассчитывается по формуле х = 2Яв/(Я, + (,в).
(1.20) Эквивалентная толщина 6 пленки Сих8 находится из уравнения 6 =(;) Яг/2Рар. (1.2!) Здесь Я2 — молекулярная масса Сие5 (159,!2), Р=96485 Кл/ Анализ свойств лолулроводнииовыв магариалов 29 Š— 10 0 !000 !700 оеемв, с (1.22) х = 2Т,((Т, + Тг) . При наличии окислов состав слоя Сцз8 представляет собой смесь соединений УСцО, УСцЯ, гСпгО и (1 — у — г)С0,5, для которых реакции восстановления протекают следующим образом: уСпО уСпз гСпгО (1 — у — г) Спгз+ уНгО+ 2уе -»гСпвО (1 — г) Спвз+ 2уОН-, (1.23) гСпвО.(1 — г) Спзо — , '2ге + гНзΠ— »2гСп + (1 — г) Спзо+ 2гОН вЂ”, (1.24) (1 — г) Спв$ + 2 (1 — г) е — + (1 — г) НзО-» 2 (1 — г) Сп + + (1 — г) ОН вЂ” + (1 — г) Нз —, (1.25) Значения з и у определяются из соотношений г= !01(! +10) (!.26) У = (аг()г+ !0).
(1.27) Здесь (в, (а' и (! — продолжительность реакций (1.23), (1.24) и (1.25) соответственно. Методом злектрохимического анализа недавно были исследованы пленки Сц„Яе (58]. В табл. 1.2 приведены сравнительные характеристики различных методов анализа состава материалов. (моль — число Фарадея, 1 р — плотность Сцг8 (5,5 г/ -0,0 см'), а — площадь образца. На интересующей исследователя конечной стадии реакций экспериментально определяется показанная на рис.
1.11 зависимость потенциала материала (относительно В Ап)АпС! ~ КС1) 1М электрода) от времени в процессе катодного восста- ' т, ~ т, новления Сига при постоянном токе в 0,1 М растворе уксуснокислого натрия. Типичные значения потенциалов восстановления равны; — 0,16 В для СцО (+СцВ), — 0,45 В для СигО, — 0,70 В для Сц„8 и — 1,00 В для Спг8.
Каждая ступенька на графике зависимости потенциала от продолжительности процесса соответствует определенному конечному химическому состоянию материала. Величины Ог и Яг можно выразить через Т, и Т,, которые отмечены на рис. 1.11, и уравнение (!.20) принимает вид Глава 1 о сох ~оэо ха о„ о аса х + ~ ! + э х ох х э » э х а,х э э о а х х э э + + ! + Ю 7! э о э о х о. с э эхо охо хэхэ эхэх а»х х осоэ л х о' эх э х х эхс а ха х х + э' 'ох со сссх о о о „о оооо ах х ++++ х Ю ч— х со 2 Б К Е с а х э х хэхх — о с ода Е ох э с ахо о э до с' э»х д э с ~Я +»++ со о а х" х со со в о х х с'с + + + + о о х о э о а, х О 3 а, с а э х ххххх а Х х хххс э с э»со о„а, х х а Р с с с о с а с о з с о с с о 6 х о о" о, а а хх х» хс о с„с а с с со» сох Ха о ао с о.
о х ссо с х со о с х оохс аосс х ах ос х оххх асс х х с н о с" х х с' х э о о. а с х сс д Д л Л % о х о о о » а .. '2 х И д а. сс. о э со а о и Я » а. с х о э о, х э Х э ох х с а, э о х э э х о а а ММ »д дх о о х э с э э с х о х 3 х А х .О ась эхо оса х х ох лс а~со 3 х х э с с" с сс о х о э а Яцхэ о х оооо ххах э х 'с х сохо ххцох йсо йлс х с с а, ххо ха хо э э»х сс х э э э о ас с с э о а,эо з1 Анализ свойств полупроводниковых материалов 1.3.3 Оптические характеристики Разработано большое количество экспериментальных методов определения оптических постоянных (и и к) тонких пленок.
Их критический анализ проведен Чопра [59). Чаще всего применяется метод раздельного определения и и й по измеренным значениям коэффициентов отражения и пропускания одной н той же пленки. При достаточно большой толщине пленки многократных отражений света не происходит, и коэффициент пропускания Т пленки, имеющей комплексный показатель преломления аз — И~ и толщину 1, равен [59) !бпо(пз+ й;) ехр ( — 4нл,'и'л) [(л, -1- ! )з -)- лз) [(по -1- и )е —,- йз1) Здесь гго — показатель преломления подложки; предполагается, что внешней средой является воздух.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
