Введение к работе
Актуальндсть_ваботм. Тонкие пленки являются технологическим материалом для создания защитных покрытий, окон и мишеней, элементов микроэлектронных схем, терморегулируадих покрытий и т.п. В технологических процессах роста пленок и при нанесении различного рода покрытий используется бомбардировка заряженными част/щами, что улучшает сплошность пленок и покрытий, их адгезию к подложке и т.д. Структура пленок претерпевает существенные изменения на различных этапах их получения. В начальный период конденсации пленки проходят стадию островковой структуры и коалесценции островков. Иі.'ЄНЯО на этой стадии закладываются основные свойства тонких пленок. Известно, что облучение островковых пленок потоками заряженных частиц существенно меняет кинетику их коалесценции на начальной стадии роста пленок, стимулирует поверхностный массоперенос и уменьшает температуру зпитаксии. Таким образом, интерес к тонким пленкам обусловлен, прежде всего, материаловедчгскими задачами, и связан с перспективами развития высокочувствительной аппаратуры и средств микроэлектроники для нузд техники и развития физических исследований.
Важным аспектом роста пленок является влияние подложки. Подложки тоже претерпевают изменения при облучении потоками частиц Сэлектронов, ионов) и поэтому для корректного описания процессов роста пленок при облучении важно знать и учитывать модификацию свойств и структуры материалов, используемых ь качестве подложек, под действием потоков азряженкых частиц. В работе рассмотрено влияние на диэлектрические подложки процессов дефоктообразования, зарядки. электрснно-стамулированной десорбции СЗСД) и распыления при облучении
4 корпускулярными потоками. Таким образом, данные о, влиянии облучения на диэлектрические подлокки представляют интерес также и для радиационной физики и. материаловедения.
Несмотря на многочисленные исследования по радиационным процессам в диэлектриках, о механизмах образования радиационных дефектов Сот точечного дефекта до продуктов радиолиза) имеются лишь качественные представления. Это объясняется сложностью как первичных процессов создания элементарных радиационных дефектов, так и вторичных процессов их взаимодействия (образование'макродефектов, радиолиз). Кроме того, важно знать радиационную устойчивость материалов, способных эффективно работать в энергетических установках в условиях облучения.
Цэ^.работы. Целью настоящей работы являлось изучение влияния .,-тектронного и ионного облучения на кинетику коалесценции. Поскольку созданные облучением дефекты являются центрами преимущественного зарождения . и захвата движущихся адатомов и островков, то свойства самих диэлектрических подложек и сравнение влияния электронного и ионного облучения на них проводилось . отдельно, чтобы использовать полученные результаты для объяснения изменения кинетики островковых пленок при облучении.
Постановка_зачи.
Первая задача исследования состояла в изучении закономерностей поверхностной миграции островков с последующей их коалесценцией при облучении С облучение производилось после нанесения пленки для того, чтобы разделить процесс миграции островков как целого от процесса диффузионного массопереноса) и заключалась в следусаем : - выяснить механизм миграции аморфных островков ;
- сравнить влияние электронного и ионного облучения на коалесценции в островковых пленках.
Вторая задача состояла в выяснении влияния свойстз подложек па кинетику роста пленок в зависимости от услоєий их получения.
Третья задача заключалась в сравнении влиянля электронного и ионного облучения на диэлектрические подложки. Основными процессами, изменяощими свойства диэлектриков при облучении, являются процессы образования дефектов, электризации (зарядки), и распыления при ионном облучении .
Научная_новизна_Еаботы заключается в следующем :
1. Впервые на примере Au/SiO, проведено сравнение
влияния электронного и ионного облучения на коалесценцию в
островковых пленках. Показано, что при коалесценции островков
под действием ионного облучения основным является механизм,
связанный с миграцией островков с послэдующей их коалесценцией
в рамках феноменологической модели миграционной коалесценции, и
уже к этому процессу добавляется механизм, связанный с
распылением островков и повторным осаждением адатомов на
созданных дефектах и вторичное зарождение.
2. Впервые изучено влияние электронного облучения на
морфологию аморфных островковых пленок на примере Ge/KCl С100).
Показано, что на начальных стадиях роста Ge на КС!С100}
образуются аморфные островки Ge, и миграционная коалесценция
этих островков обусловлена влиянием зарядки системы пленка Ge -
подложка КС1 С110).
3. Впервые получеки результаты по дифференциальной
зарядке поверхности системы S10 /Si с примесью фосфора,
влияющей на зарождение и рост пленок.
-
Обнаружена аналогия между процессами миграционной коалесценции островков и процессами агломерации дефектов в кристалле при облучении. Процесс роста зародышей и образования островков оказывается аналогом процесса агрегации отдельных дефектов в агломераты типа островков коллоидного металла (в кислородосодержащих соединениях типа MgO, А1 0 ).
-
'Обнаружено, что воздействие электронов к протонов на термсрегулирующие покрытия (ТРГО и их компоненты СMgO, А1 0 ) может приводить к усилении дефектности кристаллической решетки и появлению коллоидных центров поглощения. В зависимости от вида центров поглощения, оптические свойства изменяются в различных частях спектра.
-
Показано, что основные изменения спектров отражения ионных кристаллов и ТРИ наблюдаются в области 380 - 550 пж что, по-видимому, связано с образованием и перезарядкой F-центров и, что не менее важко, с их агрегацией при интенсивном облучении. В то же время биографические дырочные дефекты не претерпевают столь значительного изменения.
-
Обнаружено, что изучение кинетики электризации дает информацию о процессах дефектообразования при облучении. При помощи ОЭС и СХГОЭ обнаружено образование металлических островков Мд на поверхности МдО.
-
Показано, что по спектру ХПЭЭ можно не только изучать зонную структуру МдО, но и контролировать процессы дефектообразования при электронно - стимулированной десорбции кислорода и образовании ка поверхности островков Мд. Данные, полученные для МдО указывают на образование металлических островков на поверхности при агломэрации F-цектроз Сколлоидного металла). Образование подобных коллоидных центров в А1 0
7 наблюдалось прямыми оптическими методами. Орактическая.ценность^рабдты,.
Поскольку облучение потоками заряженных частиц уменьшает температуру эпитаксии и в ряде случаев производит предварительную ориентацию пленки, то результаты важны для эпитаксиального выраишвания пленок в микроэлектронике.
Полученные экспериментальные данные используются при прогнозировании ресурса ТРП на основе MgO. А1 0 , в условиях космического пространства.
Предложенный механизм радиационного повреждения ТРП электронами и протонами может применяться при построении физической модели деградации покрытий в условиях воздействия факторов космического пространства.
QsiiQBaHe-QQSQJce!iiial-Sbi!iQCHMb!g_aa.3aiaijTy :
1. Возможность применения модели миграционной
коалесценщш к описанию изменения морфологии пленки при ионном
облучении с учетом распыления островков, повторного осаждения
адатомоз на созданных ионным облучением дефектах и вторичного
зарождения. Таким образом, ионное облученче, хотя и имеет
определенные особенности по сравнении с электронным, в целом
мокет быть причиной зарядки системы пленка - подложка и,
следовательно, также как и электронное облучение, стимулирует
процесс миграции островков как целого с последующей их
коалесценцией.
2. На примере Ge на КСКЮО) показана возможность
применения модели миграционной коалесценщш при облучении к
описание движения аморфных островков в условиях зарядки системы
пленка - подложка. При температуре СТ * 150С), когда зарядка
подложки КС1 почти полностью снимается, миграция островков с
8 последующей их коалесценцией и обусловлена термической активацией этого процесса.
3. Обнаружено явление дифференциальной зарядки фосфора, который диффундировал ка поверхность системы SiO /Si в процессе нагревания. Дефекти подобного рода в подложке оказывают, благодаря своей зарядке, влияние на процессы миграции и коалесценции в островковых тонких пленках при облучении.
А. При помощи комплекса методов С оптическая спектроскопия, 0SC, СХПЭЭ, SNMS исследовалось влияние облучения корпускулярными потоками ТРП на основе алюмомагииевых шпинелей MgO.Al 0 , MgO.А1 О .У 0 , а также компоненты покрытая МдО и А1 0 в отдельности. Показано, что в области поглощения 380 -
550 nm значительное изменение коэффициента поглощения связано с образовь -'им дефектов (F-центров и их агломератов) при ЭСД кислорода с поверхности, преобразования и перезарядки биографических дефектов.
5. Образование дефектов (F-центров) и их агломерация вплоть до образования металлических островков (коллоидного металла) зависят от плотности тока первичного пучка бомбардирующих поверхность частиц. Механизм образования дефектов и их агломератов при электронном облучении следующий : под действием электронов происходит ЭСД кислорода, и при наличии притока электронов 'и возможности прыжковой диффузии анионных вакансий происходит агрегация дефектов. При протонном облучении кинетика образования дефектов искажается процессом распыления, что приводит к общей оптической деградации поверхности из-за ее эрозии. Но и в этом случае имеет место агрегация дефектов, на что указывает наличие отрицательной зарядки пористых пленок МдО при облучении независимо от знака и
9 рода бомбардирующих частиц. AngodauKg.. работы.
Основные результаты работы докладывались па : VIII С Москва, 1987), IX (Москва, 1989) Всесоюзных конференциях по взаимодействии атомных частиц с поверхостью твердого тела, VII Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Ташкент, 1987), XX С Киев, 1У87) и XXI (Ленинград, 19990) Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Киев, 1887), VII Всесоюзной конференции по росту кристаллов и симпозиуме по Молекулярно Лучевой Эпитаксии (Москва, 1988), Симпозиуме памяти Арифова "Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела" (1989, Ташкент), Всесоюзной конференции "Поверхность-89" (1989,Черноголовка), IX International Confererence on Crystal Growth, ICCG-9, Japan, Europian Conference on Applied Surface and Interfaces Analysis, ECASIA-89, France, 198Q; VII Симпозиуме по ВЭ.ФЭ эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела (Ташкент, 1990); I International Conference on Crystal Growth, (EPI-1), 1990, Hungary, Budapest; VII on Surface Modification of Metal by Ion Beams, (SMMIB-91), 1991, ISA, Washington; Spring College in Material Science on "Nucleation Growth and Segregation in Material Science and Engineering"), 1991, ICTP, Trieste, Italy; VIII International Conference on Ion Beam Modification of Materials, 1992, Germany, Heidelberg.
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в публикациях, список которых приведен в конце автореферата.
0^ьм_работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, включавших обзор литературы, экспериментальную часть и обсуждение результатов, выводов и списка цитируемой литературы.
10 Ска изложена на страницах и включает : основную . часть из страниц текста, в том числе таблиц, рисунков на страницах. Список литературы ( наименований ) -страниц.
