Послойное исследование твердых тел заряженными частицами Чокин, Канат Шафикович

Введение к работе

Актуальность теин. Развитие виоокотехподогическпї производств базируется из Енрокш внедрении рээличтпя средств измерения и контроля. Соврэнегашо тенденции парохода шікрсвлектроіпші к облзстн еуОілгкрстшх размеров, проблемі катализа її ксррозиошшо явлення, процессы пр:і треіпш и смазкз -бо? далеко не полный круг вопросов, где предельно актуальными отзлп задачи анализа поверхности і! прітоперхіюсганх слоев.

Для исследования изнкн резко неоднородшх по составу и структуре граівщ раздела носбюдім свой арсенял методов. З настоянеє вреи.і снроісоо распространение получил метод послойного исследования тзордых тол зврлг:еіпш?іи чаетнцйш, суть ::сторого закяшается в ксчбипацш метода анализа псверіности к универсального способа спятил слоев о пеиозьо нсшюго рзспшіешія.

Больеиз возыогзюетн и совокупность цеіппіх ітряктичеоіпг результатов, получешвіх методом электронной с'"е-спе::троскспіпі (Э0С), аидепнудн его з число осксвіші при проведении диагностики поверхности твердых тел. Однако в плане традиционного использования ЭОС является поверхностно-чувотвитзлышм методом количественного анализа ііаторналов с однородным по глубине элементным составом. Поотоиу дальнейшие перспективі ЗОС, как метода нсслодовашіл, видятся в виходе Э0С нз качествеппо новий уровень развития и понимания, который позволит проводить исследования электронного строения, фазового состава объектов через анализ тонкой структуры линия в ояе-епектрах. Это трудная физичеокая задача. Экспериментальные и иетодичесгае аспекти ее связаны о проблемой выделения нз сложого спектра исходного энергетического распределения ose-олектронов в чистой виде, пэ искаженного другиші процессами. Такие спектры, п своз очередь, станут основой проведения количественного анализа высокой точности. Очерчивая границы интересов настоящей работы в .области электронной спектроскопии, укажем, что. послойное исследование твердых тел стоит перед необходимостью разработки метода количественного с:.:з-анализя материалов с резко неоднородным по

глубине елементним 00СТ830У.

Главное требование, предъявляемое и ионному травлешш при последовательной растлении твердых тел, сводатоя к выполнекшо условия его минимального воздействия ив елементний и химический состав вскрываемых поверхностей. Оптимизация процесоа ионного травления заключаются в том, чтобы путей индивидуального выбора параметров ионов для конкретного иатериала шшепп предсказуемо уменьшить негативное влияние ионного пучка.

Расеиотрешшй перечень вопросов является черозвычайно актуальный и требует комплексного исследования фундаментальных процессов взаимодействия заряженных частиц кэВ-кых энергий о твердым телом. Дополнительный пнтерео к рассматриваемому диапазону анергии частиц розной массы обусловлен тем, что електрони и ионы коВ-ых внергия позволяют даффоренцпроваяно изучать електронний и ядерный механизмы ториогения заряженных частиц в конденсирова1шых средех.

Основной целью работы является:

1.Разработка физических аспектов прикладной электронной ояе-спектроскопии твердых тел, как спектроскопии електронних состояний и методе количественного анализа материалов с резко неоднородным по глубино элементным составом.

2. Экспериментальное и теоретическое исследование взаимодействия ионов низкой анергии с твердым телом, установление оптимальных условий проведения послойного ионного травления материалов, разработка методов прогнозирования воздействия ионного пучка на результаты поолойиого анализа.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Развит новый подход в теории многократного раосеяния олектрснов, испытавших малые потери анергии при двииентш в твердых телах, который в приложепни к спектроскопии на отраиение позволил решить задачу о формировании фона неупругих потерь вблизи отдельных линий выиссионного спектра и получить новые формулы, удобные для математической обработки экспериментальных спектров.

2. Предложены новые експериментальній и теоретические

1ІЄТ0Д11!

нсоледовагаїл imasueirrais отруїстур п спектрах ХГОЭ;

восстановления тотпсоЯ структури лигаш в эмиссионные влектрсіпшх спектраз;

количественного око-анализа материалов о резко неоднородным распределении олеиентов по глубішз;

псслодсгзсгаїя дпїфузпошіш: процессоз з прстоверхноотніїх слоя7. твердю: тел;

численного рггешш класса обратных ізшотлчооии урзвнеїшд Еольцмснз, сппоігаакцш: процессы переноса, внорговиделегаш и рзсішлекия пта поїшсй бомбардировке твердлі тел;

иатеїіалгчаского моделирования послойного анализа іягогоксшоиектіпіх сиотси, позполлпдай пропюзігроппть прл НСІІНСМ рзепилегаш перераспределение ятсиней плотности ксшюнен? в пршюверхпоетной области твердого тела н определять вленонтішй состав сплава по данным сао-спектральпого апплиза поверхности распыленной штани.

3. Получена ' совокупность нових пкеперплептальшх н теоретических дагашж о величішаї косКіщпснтоп упругого отражения алзктропов от поверхности различных материалов, сопоставление которых позволяет определять стпсаегаїе дліш свободного пробега електролов относительно упругих и поупругпг столгаовеїтя в твердих телах.

4. Проведено детальное теоретическое її океперпненталыюэ исследование форшроваїшл профнлеії пространственного раопределешгя поіпто-іпліяантирсЕпшяг о ппзкоя шіерглек лр:ашсел; показана пригапяшальная попио:иость исследования пробегов ютдантиропашпл: понов ішзксй онергпп в образцах о розлілісй шероховатостью поверхности.

5. Развита каскадная теория ряоїшлеіпш Пппіулда для понов низких внергпл; хорошее соглакге о сі:спзр:мептс'і било достигнуто после вііличеїшя в теортпз распыления оригинальной модели твердого тела, анизотропии каскадов выбитых атс.-юв, точного селапкл пон-атсиного рассеяния на потенциала Штльсона-Хаггмаркэ-Епрзскз (ВХБ), учета електронного торіс:::сіпгл.

6. Методе!.! инвариантного вклзноїпія получено'певог уравненлз

для коэффициента растілеїшя в модели полубесконечнои среда, разработан метод его решения, позволивший получить соглаоующиеоя о экспериментом зависимости приведенного коэффициента распыления от угла падения ионов.

7. Установлены оптимальные экспериментальные условия проведения послойного исследования твердых тел по онерпш, углу падения и пассе распыляющих ионов.

Практическая значимость

1. Методические разработки автора расширяют возможности
физического експерішента и могут быть использованы в электронной

спектроскопии твердиі тел.

2. Предлояегаше методы расчета могут бить использованы при
исследовании:

коэффициентов упругого отражения влектронов от поверхности твердых тел;

распределений по пробегам электронов, испытавших малые потери энергии при двішешш в твердом теле;

тонкой структуры линий в электронных эмиссионных спектрах}

угловой и энергетической зависимостей коэффициента распыления;

атомного перемешивания ионным облучением;

елементного анализа многокомпонентных твердых тел в проці.ссе ионного распыления; "

определения скорости диффузии элементов в приповерхностных слоях твердых тел;

тормозной способности веоеств.

7. Приведенные в работе данные по параметрам функции распределения влектронов по пробегам могут быть использованы в електронно» спектроскопии твердых тел.

8. Разработанный метод исследования образцов о произвольным распределением элементов является солее общим методом количественного оже-анализв.

9. Разработанные методы исследования позволяют оптимизировать метод послойного исследования твердых тел.

Совокупность najrauz іголе;:сшиа, разработанных в диссертации, 'лсгяо італпілцгфсзать «nit нопсэ достижение в розвитий порспагстштого пслрзздспїія влізша твердого толп - взаішодеАстіше ч'.г.ялепшх чзоглц г.оВ-іпіз внпрпій о поворхпоотьа твердих тал.

Полонення, вілюоишз і?а зпгнту

1. Патодн рзочэта днЯфзргяциалмшх ісовУлівіентов упругого п пзупругого с?ра"-ешш олэктроноп от повзрзкестзя . бзоотруктурнш. тззрдих тел и шгпюлэпия распрэдолснгЛ по дліяіси пробегов олвктроігоз, ксіштгптлі налчэ потеря оігорпп! при епоси дзісгешш в поіцеетпо.

2. іпалл'пгсзсіслз соотношения, сгшсивзпинз спектр яоупруго

Р3000ЯНІШ2 ОЛеКТрОПОЗ П&ПІЗИ ОТДОЛЫПП* .ГЛШГЗ СЕССИОННОГО

сшз::трз„ позволявшие еооотсновлизоть топку» структуру иогодппя липла в ' сшісєионішх олектрешшг спектрах, лагодять дефрорзіппізлькно езявппл псупругого расселппл олектрсиов пз епзктроз ХПЭЭ.

3. Мотодлнесіетз розрзботіе: исследования попартясотніа п объешпи потерь спзргяі в спектрах ХПЗЭ па отрапешіе.

4. Мэтод іюлзчгегвсшс-а огго-спектроскошга изтерлалоз о рззко кеодпородіпд.і по глубина рэспрздэлением оле?,'знгов.

5. Чиолетшэ мотодії ргсепия обратных кпнатнчоепк уравнения Больцмана, опяеивапгда прсшшювсшіо уоіеорзгашх пепев в тзардотэлышэ ?л<зп8пи, внэргеводелгплэ при ізлішітаидя її рзспнлеігае позегспоотіпк стсмов при иоі-сісЗ бомбардировка.

6. Аналитическая сппроксішгдртя еєчзнпя упругого раосеяшія ионов иа потенциала БХБ в области ппз:ак впзрпті частіщ <<0,1), способ учета аіпісотрсгпс! кзекздз в кзтоде і/ементоз, і.'одзль твердого тела для гадач іглілантаціпі к распыдэнпя, позволяіг;уа учесть фгізнчесіло особенности orevnoro рассеяния п рзальнеч твердом толе.

7. Уравнения для косфигцпентз расіггл?:пгя в і-'оделп полубеоконзчнсГі орэди ^ті пзтод ігз: рзгпсіпіп.

3. ііотоднку пзю'.'дсіїпл ' ло^сльгші сперостен д"Юузіпі

влеиентов в ггршоворїноотіші слоях твердых гол пра терличаоїкзу отхиго.

9. Иетод ьштеыатачеокого ыэдалдровюшя послойного
олаыентиого анализа слогашх еиотеи и результата его приложения і:
последовавши ишонеп о иалш седэр^йплеа гспшштсровйизоЛ
приноси и бшюршк 0ПЛЗП03.

10. Экспериментально ппредолошшо ІІ аооротэтекы
обосноасшшо опткызльние условия полного травлення прї поелоіілеа
иооледовшеш кшлангароввншга слоев.

АгтроОпцля работ». Ооноеішс результата работы обоуздалзсь пд Ыаздуиародпсц нои&эрзпцгщ "Поїшся івлідсдївцля в полупроводника::

К ДРУГИХ !.!ОЇ0]"їйЛП2" (ШіШІЗСО, 1903) _t US VII ВОООСВЗНСЯ

коїгферошепі ^нВзеп\;одєГ.отвмі: атоглшх чвсїл; о тагрдгл! телои" (Нгаїск, 1SS4), на III ВепсозиоП вколэ по noiacti іашшітают (Ллуз-Дта, 1935), иа Цсздународнси райочзи совсдгшгл по пиплаьтпшаї попон в полупроводзппаї п друпш каторзшш (Беигрля, 1905), иа VI Всесоюзном симпозиуие "Вїорачко-влоігтрояися, Фотоелектронная сігпссии и спектроскопия поаорхиооти твердого тела" (Рйзсіги, 193), па ХП, XX, XXI Bcocqeoieiz шзфэринцяяг по ошоці;о:п!оГі олзктроікка (Тьекоігг, 1934; toe в, 1907J Лашліград, 1990), па IV Бсосоюзцсу совсцшеш по редаациозпіі: дсфэитш а металлах (Ллиз-Дта, 1936), на І в II Реопуалгкхшоп^з копфорошешх ^,!Спо::;:с твердого- телз . а вовііо сЗлаота es пркыенеппя" (Караганда, 1S3S; Караганди, 1990), па Воссс^ііоЗ ког-форгнада: ^ИИс;шо-дучйвая іхдадаацз.я материалов" (Каунзо, 1989), на І Региональное ш^эрзпцпн республик Срэдпвй Дгаз к Казехстсна "Раддсццогатя Слзіаса твердого тела" (Сшаржшд, 1991), па і:2=упород:;оа коііоргіщш IB12J-S2 (Гору англ, 1992).

Публпі;еіггі. По шторцалам, еосздсзі в дассертацао, опубликовано 35 статей п тозаооз докладов.

ОДгси райоти. аасєртгцзя соотоат из своденпя, двух ча«тсО, booth глав, заюіхчсп^я к содержу 324 отранаци, вклачахха 201 страницу иіЕЗіоюіского текста, 72 раоунка, 1б таблиц в сгшооі; цитируемой ллврзтуру пз 310 нь;ашяоваті2.