Введение к работе
Актуальность темі и цели работы.
Первый цикл работ по исследованию отражения мягкого рентгеновского излучения был выполнен в нашей стране в 60-е годы под руководством А.П.Лукирского /1,2/, Изучение спектральных и угловых зависимостей коэффициента отражения различных веществ в широком спектральном диапазона поаволила выбрать наиболее эффективные отралателыше элементы оптики спектральных приборов. Тогда же была впервые показана применимость форлул Френеля в области ультрамягкого рентгеновского излучения УМРИ и реализован способ расчета оптических констант решением уравнения Крамерса-Кронига.
Дальнейшее развитие метода ультрамягкой рентгеновской рефлектоиетрии УРР наметилось в начале 80-х годов /3/, когда при изучении тонкой структуры спектров отражения и оптических констант кремния и его соединений была обнаружена зависимость оптических констант от угла скользящего падения на отражатель при получении спектров отражения» Причиной отой зависимости могли быть нарушения структуры тонких поверхностных слоев образца, возникающие при тахнолргичеоной обработке. Стала очевидной перспективность и актуальность развития рефлектоиетрии как метода исследования поверхностной области твердых тел для оценки толщин слоев,'Их фазового состава, степени совершенства атомного строения» особенностей химического связывания атомов. В экспериментальном отношении возможность неразрушающего послойного анализа поверхностной области твердих тел путем плавного изменения глубины зондирования наиболее благоприятна именно в области УМРИ, что обусловлено большими значениями коэффициентов поглощения^ веществ, уменьшающими глубину проникновения волн в исследуемое вещество, и большими критическими углами в этой области спектра. Дополнительнее возможности по изучению переходных слоев предоставляет обнаруженное' впервые в работе/4/ явление аномального рассеяния в области УМРИ. Величина аномально рассеяния зависит от толщины и степени нарушенноети лереходно-
4.
го поверхностного слоя. Совместный анализ данных по отражению и рассеянию рентгеновского излучения, несомненно, способен повысить ивїюрматишость исследований и достоверность результатов.
Целью работы было исследование возможностей спектроскопии отражения и рассеяния УМРИ как метода неразрушающе-го послойного анализа атомного строения поверхностных слоев твердых тел и его применение к конкретным материалам в процессе их синтеза и технологической обработки.
Основными задачами работы, позволяющими достичь поставленной цели, были следующие.
-
Определение угловой зависимости глубины формирования зеркально отраженного пучка в оксиде креш-ия в области аномальной дисперсии вблизи I,.^порога ионизации кремния.
-
Оценка влияния толщины переходного слоя на интенсивность пика аномального рассеяния излучения в области нормальной дисперсии.
-
Анализ взаимосвязи тонкой структуры рентгеновских S* »,» -спектров поглощения и отражения. Оценка чувствительности деталей тонкой структуры спектров отражения
к характеру нарушений атомного строения ближнего порядка.
-
Оценка Бозмогаюсти количественного анализа разового состава поверхностных слоев отратлтелей.
-
Исследование влияния различных способов tf-ормиро-вения сверхгладкой поверхности плавленого кварца на атомное строение поверхностных слоев.
-
Исследование совершенства кристаллической структуры пленок кремния* формирующихся в процессе эпитаксиально-го роста,
Научная новизна.
Впервые последовательно изучены особенности процессов отражения и рассеяния УЮТ, дающие возможность использовать рефлектометри» как метод неразрушаюцего послойного анализа электронной структуры и атомного строения поверхностных слоев отражателей. В области УМРИ проведено экспериментальное исследование процессов отражения и рассеяния
о.
от поверхностей системы $і-&Рг а различными толщинами диоксида кремния. По данным проведенного исследования получена количественная оценка глубины зондирования поверхностной области отражателей. Обнаружено, что интенсивность аномального рассеяния УЇЛРИ вне области аномальной дисперсии не монотонно зависит от толщины' слоя диоксида кремния. Анализ взаимосвязи деталей тонкой структуры спектров поглощения и отражения рентгеновских лучей в области Л^-по-рога кремния в диоксиде выявил детали структуры спектров отражения, позволяющие на качественной уровня оценивать характер нарушения координации атомов ближнего порядка( Изучение процессов рассеяния вне области полного внешнего отражения позволило впервне обнаружить высокую чувствительность интенсивности пика аномального рассеяния к наличию протяженных дефектов, не оказывающих существенного влияния на структуру ближнего порядка координации атомов.
Научная и практическая ценность.
Полученные результати демонстрируют высокую эффективность использования спектроскопии отражения и рассеяния для изучения атоігаого строения поверхностных слоев Твердых тел. Количественная оценка глубины зондирования в кварце, предложенный метод оценки фазового состава многофазных систем, а также впервые обнаруженная высокая чувствительность пика аїіомального рассеяния к толщине переходного олоя а к наличии дефектов типа границ зерен, дислокаций, будут способствовать дальнейшему развитию теории рассеяния от шероховатых поверхностей.
Практическая ценность работы состоит в разработке нового метода исследования и анализа поверхностных слоев с нарушениям атомного строения, определения их толщины и глубины залегания, оденки характера нарушили атомной структуры. Чувствительность и информативность метода продемонстрированы да примере исследовании поверхностной области кремния и диоксида кремния на различных стадиях технологических процессов синтеза и формирования сверхрладких поверхностей. Показано, что метод может быть эффективно иопо-
6.
льзован для контроля разнообразных технологических процессов. Полученные результаты будут способствовать лальнейшему развитию технологии рентгеновской оптики и микроэлектроники, в частности, совершенствованию технологий изготовления сверхгладких поверхностей и роста эпитаксиальннх слоев кремния на кремнии.
Положения, выносимые на защиту.
-
Угловые зависимости тонкой структуры спектров отражения полно использовать для норазрушающего послойного анализа атомного строения и электронной структури поверхностных слоев твердых тел. Количественную оценку глубины зондирования в кварце дает экспериментально полученная угловая зависимость глубины формирования зеркально отраженного луча.
-
Зависимость интенсивности пика аномального рассеяния от толщины поверхностного переходного слоя отражателя не является монотонной.
-
Величина аномального рассеяния чувствительна к наличию в поверхностной области отражателей протяженных дефектов, не оказывающих существенного влияния на структуру ближнего порядка координации атомов и тонкую структуру спектров отражения и поглощения рентгеновских лучей.
-
Закономерности формирования атомной структуры ближнего порядка при внешних воздействиях на поверхность плавленого кварца и при эпитаксиальном росте слоев кремния на кремнии.
Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и обсуждались на ХУ Всесоюзной конференции по рэнтгеновской и электронной спектроскопии IЛенинград, 1988), на III Всесоюзном семинаре по комплексной межвузовской программе "Рентген" {Черновцы, 1989), на IX Всесоюзной конференции "Физика ВУФ-излучения и его взаимодействия с веществом"
ВУФ-9І,(Томск, 1991), на XIII Всесоюзной школе-семинаре "Рентгеновские, электронные спектры и химическая связь"
(Владивосток, І99ІІ, на III Всесоюзном совещании "Физико-хишш взаимодействии ионного и Фотонного излучения с поверхностью твердых тел" (Москва, I99IJ.
7.
Основные положения диссертации опубликованы в работах.
Объем работы. Диссертация состоит иа введения, пяти глав, результатов и выводов, списка цитируемой литература иа 75 наименований. Общий объем диссертации составляет цд стр. машинописного текста, включал 41 рисунок,
