Введение к работе
Актуальности темы. Метод спектроскопии внергэтических потерь электронов - современный аналитический метод просвечивающей алэктронной микроскопии, который может быть реализован в приборах о ультравысоким пространственным разрвшчнием. Анализ спектров позволяет получать сведения о химическом составе образца, валентных состояниях его атомов, характере ближайшего порядка атомов и т.д. Развитие этого . метода актуально для полупроводниковой технологии и обусловлено необходимостью локального изучения физических и химических свойств гетерокомпозиций, 'применяемых в наноэлектронике.
Для количественного микроанализа в спектроскопии внергэтических потерь используются характеристические края, возникающие при ионизации внутреишх электронных оболочек атомов, площади под которыми зависят от концентраций химических элементов. Обычно для исследований используют область потерь анергии от 100 до- 1000 еВ, удобную тем, что в ее пределах характеристический края имеют достаточную интенсивность, а вклад от остальных возбуждений легко ашроксимируегоя и устраняется при последующей математической обработке експериментального спектра.
Однако атомы многих алшвнтов, входящих в состав полупроводниковых материалов (Ga, As, Al, Si, Ga),- не шаги характеристических краев в этой области. Так, U-крвй Ga начинается при 21 вВ, а его Ь-край - при 1116 зВ, М- и Ь^ края Ав - соответственно при 41 и 1323 вВ, Ir- и К- края А1 - при 73 и 1Б60 вВ, I- И К- края Si - при 90 и 1839 эВ.
При использовании спектрометра с одним детектором получение статистически достоверного спектра в области потерь энергии свыше 1000 вВ затруднено ия-sa малой интенсивности рассеяния. Недостатком втого диапазона является также сложность учета угловых распределений влектронов. Поэтому для определения концонтраций указанных вше элементов Оолеэ подходящей является область малых потерь энергии (от 0 до 100 вВ), в которой высока интенсивность сигнала и мал характеристический угол рассеяния. Однако трудность ее использования заключается в том, что в этой области характеристические края накладываются на плазмошше пики, имеющие существенно большую интенсивность. Кроме того, учет влияния втих пиков осложняется аффектами многократного рассеяния. Повтору проведение микроанализа в области малих потерь энергии обуславливает необходимость развития методов математической обработки спектров внергетических потерь.
Ш&к работа. Целью данной работы являлось развитие метода спектроскопии евдргетичэскиэ: потерь быстрых влектронов для определения локальных концонтраций химических элементов в полупроводниковых гетерокомпозициях, в частности А1 Ga Ан/GaAs, с использованием области малых потерь энергии.
Научная новизна работы заключается в следухщем:
1. Показано, что последовательное применение методов
фурье-логврифчичбского преобразования и максимальной энтропии
дает возмогшость получения неуширешого прибором распределения
интенсивности однократного рассеяния.
2. Показано, что характеристические края в области малых
потерь внергии спектра энергетических потерь электронов могут
быть выделены путем моделирования совокупности плазмотшх гаїков.
3. Првдлолэна модель и осуществлено модалироваш в форш плазменного гапса в А1 Ga As, учитывающее воаммшость возбуждения двух мод колебаний валентных электронов. Выдвинуто предположение, что вторая мода колебаний обусловлена влиянием атомов кислорода, концаатрация которого pessto возрастает в гвтеросгруктурах с алюминием.
Практическая ценность работы,
-
Развит метод обработки спектров внергетических потерь в области малых потерь энергии и моделировшиэ Форш плазменного пики" позволяют определять концентрацию атомов в полуироводкиковых гэтероструктурах А1 Са,_ Аз с точностью около 10 Ж.
-
Предложен способ определения локальной толщины образца исходя нз паримотров модели плвзмоншх .колебаний, прешвдвстьл ісоторого закличпотся в том, что голэдна находится одновременно о моделирование!/ шшамодаого вклада в спектр, Покагшш, что получаемые значения толвдаш о точность») лучше. 10 % совпадают с данными других матодов.
-
Показано, что использована» фальтровшшш. по енврпш изображений .и сііаггров внаргатвчаских потерь в области мала потерь энергии позволяет визуалигировать и идентифицировать области разного состава а слоистых структурах полупроводник~ дав доктрин с разрешимы б нм.
Основные, положения, ккцоста/а щ затшту:
1. сшеов получения ноушреишго прибором распределения
интенсивности однократного рассеяния, состоящий в
даследсвагалыюм применении методов фурьв-логврифчяческого
дреобразоааякя л маисиивльвхй внтротга.
2. Способ выделения харистбрлотичбсках robsb в области малих
потерь вяергин путем моделирования совокупности плазмоюшх пиков в спектре энергетических потерь электронов.
-
Результаты моделирования формы шіаамонного пика для S1 и GaAs с использованием трехпараметрической модели, основанной на диэлектрическом подходе к определению ионизационных потерь электрона в веществе.
-
Спосоо определения локальной толщины образца исходя из параметров модели плазмонного пака.
5. Моделирование формы плазменного шкэ в А1 Ga1_^s,
учитаващее возможность возбуждения двух мод колебаний валентных
влектронов.
^пробаиад работы, Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XTV Всесоюзной конференции по электронной микроскопии, г. Суздаль 1990 г., VII Всесоюзном симпозиуме по растровой электронной микроскопии, г. Звенигород 1991 г., XV Российской конференции по электронной микроскопии, г. Черноголовка 1994 г., XV Российской конференции по электронной микроскопии, г. Черноголовка 1996 г., XT Европейском конгрессе по микроскопии, Дублин, Ирландия, 1996 г.
Публикации, По результатам выполненных исследований опубликовано 10 работ.
Структура g объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четтірех глав, выводов по работе и списка литературы, включающего 105 наименований. Общий объем работы составляет 139 страниц, в том числе она содаркит 33 рисунка и 12 таблиц.