Введение к работе
- ї -Л-.. ' ?,
Актуальность теиы. Работа современных электронных приборов во многом определяется составом, структурой и свойствами поверхности твердых тел, для изучения которых разработаны многочисленные весьма тонкие методы диагностики с использованием электронных, нон- ных и фотонных зондов . Успешно применяются в настоадео время метода спектроскопии обратно рассеянны;-: иолоз низких энергий (СОРКНЭ)1, и спектроскопии атомов отдачи (САО), основанные на анализ? энергетических и угловых распределений рассеянных и выбитых с поверхности в результате парного взаимодействия ионоз. Отличительной особенностью данных методов является возмояность аірлиза состава и структуры моноатомного слоя поверхности. В связи с отим ООРИНЭ и САО могут быть эффективными при изучении процессов, в которых 'внешний атомный слой является определяющим: адсорбция, поверхностная сегрегация, катализ, начальные стадии роста пленок, формирование границ раздела и др. Совместное применение СОРИКЭ и САО, реализованных в одном спектрометре т одной аналитической базе, позволит обеспечить лучшу» чувствительность для большего диапазона trace, чем в одном методе, упростить расшифровку спектроз при малоугловом рассеянии, повысить достоверность получаемой информации при элегантном и структурном анализе.
В настоящее время достаточно хорошо изучены процессы выбивания атомов отдачи в диапазоне средних энергий первичных 'конов. Однако еще не достигнуто полно» понимание вопросов, связанных с образованием ионизованных атомов отдачи в диапазоне низких энергий первичных'ионов, влиянием химического состояния и структуры поверхности на энергетические и угловые распределения выбитых ионов, что препятствует пкрокому применению САО для диагностики поверхности. Создание экспериментальной установки, ка которой стала бы возможной реализация обонх катодов, выяснение тгяде вопросов уежшизма образования иокязоваяиых атомов отдачи с цельп (-а основном) выявления диагностических возмозносгеЯ совместного использования СОРЙНЗ и СЛО определяет актуальность теми в.ваучвеи а практическом аспектах.
Актуальным является такке ваявлекке технологических объектов, для которых совместное применение СОРИИЭ и САО.могло бы дать наиболее эффективные результаты. Следует ояидать, что эти методы, благодаря'малой информационной глубине, позволят получить принци-
~ 2 -пнально новую информацию о взаимном располокеиии атомов на поверхности, например, соединений А Б и о начальных стадиях формирования границ раздела "металл-полупроводник" на монослойном и субмо-иослоііиом уровнях, которые во 'шогом определяют макроскопические і электрофизические свойства контактов.
Целью работы являлась разработка научных методических основ и аппаратуры комплексного применения методов СОРИНЭ и САО для исследования поверхности.
Для достижения поставленное цели решались следующие задачи:
-
Разработка экспериментального макета спектрометра, позволяющего измерять энергетические к угловые распределения рассеянных коков к атомов отдачи для совместной реализации методов СОРЭДЕ и САО.
-
Изучение физических закономерностей образования ионизованных атомов отдачи в диапазоне низких энергий первичных ионов, а именно - влияния типа первичных ионов, химического состава, состояния и кристаллической структуры поверхности на энергетический и угловые распределения ионизованных атомов отдачи. Расширение на основе этого диагностических возможностей САО.
3.'Выявление особенностей комплексного применения СОРИНЭ-СЛО для анализа состава к структуры полупроводниковых соединений А"*В и начальных стадий формирования границ раздела металл-полупроводник.
Научная повязка работы заключается d.следующем: і. Положение максимума энергораспределений атомов отдачи в диапазоне низких энергий первичных ионов определяется квазмодно-кратным характером взаимодействия, обусловленным влиянием близлежащи атомоз поверхности. Увеличение массы выбиваемых атомов приводит к увеличению сдвига максимума в сторону больших энергий относительно его полоаения,- рассчитанного по формуле однократных соударений.
-
Угловые распределения ионизованных атомов отдачи имеют максимум при углах рассеяния, близких к 60 , что обусловлено угловыми зависимостями дифференциального сечения отдачи и вероятности нейтрализации, а такав эффектами блокировки и затенения.
-
Установлено, что ионный выход атомов отдачи коррелирует с химическим состоянием атомов поверхности". Для систем с сильной ионной связью выход ионизованных атомов отдачи выше, чем для систем с другими типами связи.
_ з -
4. Показано, что изменение сигналов ионов, рассеянных от
пле-ики и подложи, в процессе осаждения отражает механизм роста
данной пленки. Линейные зависимости соотвегстпуот посяойкому рос
ту, экспоненциальные - островковому, линеШю-экс.поненциалыше -
- послойно-островховому.
5. На примере напыления Ті, Ні и Uo установлено, что на-
чальные стадии роста металлических пленок на поверхности Si со
ответствуют механизму Фольмэра-Вебера с островками в «форме шаро
вых сегментов ( Ті, Ni ) с фазовыми переходами двумерный газ -
- двумерные (трехмерные) островки - сплошная пленка и в Форме
пирамидальных островков ( Uo ). что обусловлено подавлением про
цессов формоизменения островков за счет латерального роста при
конденсации тугоплавких металлов.
6. На примере напыления ( А1, Ті, У, Cr, Ni, Mo, Ag, Au )
на GaAs установлено взаимное проникновение компонентов адсорба-
та и адсорбента, обогащение ыеталличэской пленки в области гра
ницы раздела одним из компонентов полупроводника, тип которого
определяется соотношением электроотрицательностей металла ( Хл
Ga ( ХСа ) и Аз ( Х^). При Хя < Хд происходит обогащение
Са, при Xffc <
^л < ^/ и при X/f > X^j - обогащение As.
При прогреве сформированной пленки обогащающий компонент диффундирует на поверхность.
7. На основе сравнения экспериментальных и теоретических
угловых распределений атомов отдачи и рассеянных ионов предло
жены модели взаимного расположения атомов GaAs(i00)~c(8x2) и
1пР(100)-(4х2), состоящие из димеров катионов н анионов, причем
верхний слой атомов состоит из 25$ мокослоя атомов анкона.
Практическая ценность полученных результатов заключается в разработке технических требований на спектрометр," в определении диагностических возможностей СОРИГО-САО для анализа состава и структуры поверхности перспективных материалов и объектов микроэлектроники. Установленные состав и структура поверхности соединений А В , а также кэханизш формирования границ раздела металл-полупроводник могут быть использованы при разработке новых приборов, для понимания физических процессов, протекающих в них, прогнозирования их свойств я определения долговечности.
На защиту выносятся:
І. Аппаратура, методика и программы для анализа состава и структуры поверхности методами СОРИНЭ и САО.
2. Комплекс экспериментальных данных об энергетических и угловых распределениях ионизованных атомов отдачи, зарегистрированных в широком диапазоне углов рассеяния, сколькения и азимутального поворота образца, и:і зависимости от типа первичных полов, состава, химического состояния и структуры поверхности
ШИЄМ!.
о. Способ анализа механизмов рсота и морфологических осо-;еносте8 металлических пленок, заключиться в определении вида зависимости сигнала рассеянных конов и лыка и подложки от сте-паик покрытия в процессе напыления. Линейная зависимость соответствует послойному росту, экспоненциальная - островковому ли-гейиая до' одного коксеяся л экспоненциальная при больших покритая;; - механизму Стронского-Крастанова.
-
Результаты определения механизмов образования границ раздела ыэтолл-GaAa при напылении металлов различной химическом активности и способ прогнозирования переходного слоя на границе раздела нотолл-пслуяровсдшковое соединение Л В"1 по со-отноїїоиїж элоктроотрйштельностей элементен пленки и подложки.
-
{.'.ет'одака определения структуры поверхности двойных П0-лупроБоднякоЕігл СОЄД.ШЄІІЯЙ по угловым зависимостям рассеянных понос и атежоз отдачи я модель взаимного расположения атомов на поверхности Gols(100)-c(8x2), InP(i00)-(4x2).
Апробация работы. Результати работы докладывались и обсук-дались на; Бсесозаных совещаниях-семинарах "Диагностика поверхности ионными пучками"(Уагород, 1985г.; Донецк, 1988г.; Одесса, ІСЗОг.); YI Всесоюзном симпозиуме "Вторично-электронная, фотоэлектронная эмиссии и спектроскопия поверхности"(Рязань, 1986г.); Y Всесоюзной семинаре "Вторичная ионная и иошго-фотонная эмиссия" (Харьков, 1988г.); Всесоюзной конференции "Ловерхность-89" (Черноголовка, 1ШЗг.); IX'Всесоюзной конференции "Взаимодействие атомних частиц с твердым телом" (Москва, 1889г.).
Публикации. По иатериадам диссертации опубликовано 15 работ, приведенных в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из'введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем работы составляет 220 страниц, включая 74 рисунка на 59 отра-5шцах, 5 таблиц и список литературы на.18 страницах, содержащий 193 наименования.
