WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 27 |

По чувствительности метод РСМА уступает некоторым другим физическим методам анализа, однако он позволяет контролировать локальные области размером 1-2 мкм. Общее содержание примесей в них может быть всего 10-7-10-9 мас. %.Если в объеме 10 мкм3 обнаруживается 0,мас. % примеси, то достигаемая чувствительность по массе составляет 10-14 г, что превосходит возможности многих других методов.

3.6.3. Электронная оже-спектроскопия В основе этого метода анализа поверхностей твердых тел лежит регистрация оже-электронов, имеющихся в составе вторичных электронов. В оже-спектрах наблюдаются пики при определенных значениях энергии, характерных для данного процесса и не зависящих от Е1. Причиной их появления является то, что при переходе электрона атома на вакансию, образованную в результате ионизации одного из нижележащих энергетических уровней, выделяющаяся дискретная порция энергии может быть передана безизлучательным образом (путем так называемого оже - процесса) еще одному электрону твердого тела. Если такой электрон выходит в вакуум без потерь энергии, то есть с достаточно малой глубины, то его кинетическая энергия позволяет судить о природе атома, в котором произошел переход. Полное количество оже-электронов определенного сорта пропорционально концентрации соответствующего элемента в приповерхностной области.

Следует отметить, что оже-переходы не подчиняются известным правилам отбора для оптических переходов. Поэтому оже-процесс нельзя рассматривать как снятие возбуждения атома с испусканием промежуточного кванта флуоресцентного излучения, который затем поглощается одним из атомов твердого тела и передает свою энергию фотоэлектрону. Таким образом, оже-процесс принципиально является безизлучательным.

Однако при заполнении вакансии на внутренней электронной оболочке возможно также испускание кванта электромагнитного характеристического излучения. Иными словами, релаксация возбужденного атома может происходить либо безизлучательным, либо излучательным способом.

Относительная вероятность каждого из этих процессов зависит от атомного номера элемента и от того, на каком уровне была образована вакансия.

Спектр характеристического излучения расположен, как правило, в области рентгеновских длин волн и так же, как и спектр оже-электронов, несет информацию о природе излучающих атомов. Это широко используется при рентгеноспектральном локальном анализе элементарного состава твердых тел. Толщина анализируемой поверхностной области образца при таком методе гораздо больше, чем в оже-спектроскопии, так как не несущие заряда рентгеновские кванты значительно меньше, чем электроны, поглощаются и рассеиваются веществом на пути к поверхности.

3.6.4. Дифракция медленных и быстрых электронов Если поверхность анализируемого образца бомбардировать электронным пучком малой энергии (порядка десятка электрон-вольт), то электроны не проникают глубже нескольких слоев атомов. Около 1 % вторичных электронов упруго отразится от атомов поверхности и будет удаляться от них с энергиями, близкими к энергии бомбардирующих электронов. При анализе ориентированной монокристаллической мишени упруго рассеяные электронные волны усиливаются в определенных направлениях, зависящих от структуры поверхности.

Дифракция электронов высоких энергий дает сведения о решетке кристалла, позволяет идентифицировать и провести структурный анализ образца как монокристаллического, так и поликристалла. Этот метод анализа непосредственно в процессе роста тонких пленок позволяет контролировать их структуру, исследовать кинетику реакций, адсорбционные процессы.

Контрольные вопросы 1. Определите коэффициент вторичной электронной эмиссии.

2. Сформулируйте принципы электронной микроскопии.

3. В чем суть растровой электронной микроскопии 4. Какие возможности имеет метод электронной микроскопии 5. Сформулируйте физические основы рентгеновского микроанализа.

6. Почему при движении электронов в твердом теле возникает рентгеновское излучение 7. Как осуществляется детектирование рентгеновского излучения 8. Каковы чувствительность и возможности метода рентгеновского спектрального микроанализа 9. В чем суть метода электронной оже-спектроскопии 10. Какие возможности имеет метод электронной оже-спектроскопии 11. Какова чувствительность метода 12.При каких условиях возникает дифракция электронов на поверхности твердого тела 13.Какую информацию дает дифракционная картина 14.Для каких целей может быть использован метод дифракции быстрых электронов Задачи и задания для практических занятий и самостоятельной работы к главе 1. Вычислить глубину проникновения электронов в а) алюминий, б) сталь, в) фторопласт, если начальная энергия пучка составляет а) 50 кэВ, б) 100 кэВ, в) 200 кэВ.

2. Определить энергию электронов после прохождения ими алюминиевой фольги толщиной 20 мкм, если начальная энергия электронов составляла 100 кэВ.

3. Рассчитать толщину алюминиевой фольги, после прохождения которой энергия электронов уменьшилась со 120 кэВ до 80 кэВ.

4. Рассчитать распределение выделенной энергии по глубине в стали, если пучок диаметром 1 мм с силой тока 1 мА, ускоренный напряжением 100 В, воздействовал на сталь без плавления материала.

5. Для условий предыдущей задачи определить глубину максимального энерговыделения.

6. Рассчитать (с помощью ПЭВМ) распределение температуры в стали для условий задачи 4.

7. Рассчитать глубину лунки в стали при испарении материала под действием электронного луча диаметром 1 мм мощностью 1000 Вт при времени обработки а) 1мс, б) 0,1 с, в) 10 с.



8. Рассчитать и проанализировать скорость испарения стали в зависимости от плотности мощности электронного пучка с учетом процесса теплоотвода.

9. Рассчитать и проанализировать зависимость глубины проплавления стали от плотности мощности электронного луча при времени обработки 100 с.

10. Рассчитать и проанализировать зависимость глубины проплавления стали от времени обработки при плотности мощности 106 Вт/см2.

11. Подберите и обоснуйте выбор источника электронов с плотностью тока 0,1 А/см2; 10 А/см2.

12. Оцените плотность тока дугового источника в водороде при давлении атм и температуре 3000 К.

13. Можно ли пренебречь объемным зарядом в пучке электронов диаметром 1 мм с плотностью тока 1 мА/см2, если электроны ускорены напряжением 10 кВ.

14. Оцените, до какого давления нужно откачать электронно-лучевую колонну, если расстояние от источника электронов до объекта обработки составляет 80 см, объем вакуумной камеры 10 л. Газовыделением в процессе обработки можно пренебречь.

15. Рассчитать распределение толщины пленки по площади подложки при электронно-лучевом испарении меди из точечного источника при расстоянии испаритель - подложка 10 см.

16. Определить угловой размер подложки, в котором однородность получаемой при испарении из точечного источника пленки составляет а) 10 %; б) 1 %.

17. Определить коэффициент использования материала при напылении из точечного источника пленки с однородностью 5 %.

18. Оценить максимально допустимое давление остаточных газов при напылении медной пленки со скоростью 100 нм/с.

19. Оценить увеличение глубины “кинжального” проплавления при увеличении ускоряющего напряжения в 2 раза.

20. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для получения пленки алюминия на пластине диаметром 20 см с толщиной 500 нм и однородностью по толщине 5%.

21. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для обезгаживания стальной детали площадью 10 см2 и весом 20 г.

22. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для выращивания монокристалла кремния по методу Чохральского при электронно-лучевом плавлении материала.

23. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для электронно-лучевой сварки двух стальных листов толщиной мм каждый.

24. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для электронно-лучевой гравировки рисунка на массивной стальной детали.

25. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для формирования рисунка на медной пленке толщиной 500 нм.

26. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для получения пленки кремния из газовой фазы (смесь моносилана с водородом).

27. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для приварки никелевой фольги толщиной 50 мкм к стальной детали толщиной 0,5 мм.

28. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для экспонирования резиста ПММА толщиной 500 нм с разрешением 500 нм.

29. Привести схему установки, выбрать и обосновать технологические режимы для проведения электронно-стимулированного травления кремния в тетрафторметане.

30. Привести схему электронного микроскопа, выбрать и обосновать основные узлы, оценить предельно допустимое давление остаточных газов.

31. Оцените ускоряющее напряжение, при котором может наблюдаться дифракция электронов на кристалле оксида магния.

ГЛАВА 4. ИОННЫ Е И ИОННО-ЛУЧЕВЫ Е ПРОЦЕССЫ И ТЕХНОЛОГИИ 4.1. ВВЕДЕНИЕ Ионная бомбардировка твердого тела сопровождается многочисленными физическими и химическими эффектами, которые могут быть использованы при получении, технологической обработке и исследовании свойств различных материалов. Спецификой ионного воздействия на материал является достаточно глубокое проникновение ионов высоких энергий в твердое тело, что используется при легировании полупроводников, упрочнении металлов, создании слоев с заданными свойствами. Другой важнейший аспект ионной бомбардировки - распыление материала мишени - является основой многочисленных методов получения тонких пленок.

Ионные пучки в электронике используются для самых различных целей. Области их применения можно разделить условно на три категории:

1) размерную микрообработку с удалением материала; 2) направленное изменение свойств материала легированием; 3) анализ структуры и свойств материалов. Диапазон энергий составляет от единиц кэВ до 1 МэВ, доза - 109-1018 ион/см2. Размерная обработка поверхности производится пучками с низкой энергией в результате ионного распыления материала. Направленное изменение свойств материала достигается имплантацией примеси в заданной концентрации и распределением ее в объеме. Известными примерами изменения свойств полупроводникового материала являются создание "скрытых слоев", изоляции транзисторных областей в структуре интегральной схемы, изменение заряда в окисле кремния в структуре SiO2-Si и др.

4.2. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОНОВ С ВЕЩ ЕСТВОМ 4.2.1. Движение ускоренных ионов в веществе При движении ионов в твердом теле происходит их торможение и рассеяние, сопровождающееся образованием дефектов. Теоретическое описание этого движения обычно проводится с учетом ряда упрощающих предположений. Во-первых, столкновения ионов с узлами решетки рассматриваются как парные, то есть влиянием кристаллической решетки на процесс столкновения пренебрегают. Во-вторых, вводится понятие потерь энергии dЕ/dx, формально соответствующее непрерывному рассеянию энергии, хотя реально процесс имеет дискретный характер.





Передача энергии от ионов к твердому телу осуществляется в результате упругих и неупругих столкновений. Столкновения ионов с узлами решетки рассматриваются как упругие, а соответствующий механизм рассеяния энергии называется ядерным торможением. Рассеяние энергии ионов на электронах твердого тела описывается моделью неупругих столкновений и соответствует электронному торможению.

При теоретическом описании движения ионов в веществе вводятся понятия ядерной и электронной тормозной способности, которые характеризуют потери энергии ионом на единице пути в пересчете на один атом твердого тела:

dЕ = N Е + Se Е (4.1) ( ) ( ) [S ], n dx где N - концентрация атомов в твердом теле; Sn и Se - ядерная и электронная тормозные способности.

Ядерная тормозная способность может быть вычислена на основе теории столкновений. Основная проблема в этом случае состоит в выборе потенциала взаимодействия. Обычно он представляется в виде произведения кулоновского потенциала на функцию экранирования, учитывающую частичное экранирование ядра атома электронами. Аналитические решения имеются только для отдельных частных случаев, и в общем виде задача обычно решается методами численного интегрирования. Для оценок ядерной тормозной способности могут быть использованы различные эмпирические формулы. В качестве примера приведем формулу, предложенную В.В.Юдиным:

A Sn () = ; А = 0,45; В = 0,3, (4.2) B + ( ) где - безразмерная приведенная энергия:

aM2E =, (4.3) Z1Z2e2 M1 + M( ) где a = 0,885a0(Z12/3 + Z22/3)-1/2 - характерный радиус экранирования;

а0 = 5,2910-11 м - боровский радиус атома водорода.

Электронная тормозная способность в первом приближении пропорциональна скорости первичного иона.

Se = K, 0,0793 Z1Z2 M1 + M( )3/K =. (4.4) 3/2/3 Z1 + Z2/3 M1M( ) 2 Зависимость ядерной и электронной тормозной способности от энергии ионов показана на рис. 4.1. При малых энергиях ионов преобладающим является ядерное торможение, а при высоких – электронное (рис.4.1).

Масштаб величин виден из таблицы 4.1.

Таблица 4.1.

Характеристические энергии торможения ионов в кремнии и потери энергии ионами с начальной энергией 100 кэВ.

Е1, кэВ Е2, кэВ Е3, кэВ (dЕ/dx)n, (dЕ/dx)e, Ион кэВ/нм кэВ/нм B 3 17 3000 0,037 0,P 17 140 30000 0,44 0,As 73 800 200000 1,42 0,Bi 530 6000 2000000 2,78 0,Sn,Se 0, S S e 0,4 n 0,0 1 2 3 Рис. 4.1. Зависимость тормозной способности ионов в веществе от приведенной энергии ионов 4.2.2. Пробеги ионов в твердом теле и их распределение Важной характеристикой процесса является пробег ионов, то есть расстояние, которое он пройдет в твердом теле до остановки. Для характеристики пути, пройденного ионом в твердом теле, вводят понятия истинного траекторного пробега (траекторный пробег) и проекции пробега на направление первоначального движения (проекционный пробег). В общем случае траекторный пробег может быть найден из уравнения:

1 d R =. (4.5) t N Sn + Se ( ) ( ) Современные теории позволяют рассчитывать пробег ионов в широком диапазоне энергий с точностью порядка 30 %. Задача обычно решается методами численного интегрирования. В общем случае пробег ионов является статистической величиной, и вводятся понятия средней проекции пробега Rp и среднего нормального отклонения проекции пробега Rp.

Последнее можно приближенно оценить как R = 0,7R M2 / M1. Для p p расчета средней проекции пробега, если пренебречь электронным торможением, может быть использовано приближенное выражение:

1/6E1M2 M1 + M2 Z1/3 + Z2/( ) ( ) R =, (4.6) p Z1Z2Mгде - плотность твердого тела.

Соответствующие величины для кремния приведены в таблице 4.2.

Величина проекции пробега растет с увеличением энергии падающих ионов (при ядерном торможении по закону, близкому к линейному).

Таблица 4.2.

Проекции пробега Rp и их средние нормальные отклонения Rp в нм для различных ионов в кремнии.

20 кэВ 60 кэВ 100 кэВ 140 кэВ Ион Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp B 78,4 32,1 243,8 70,8 397,7 93,2 537,4 109,P 26 9,4 73,2 23,1 123,3 35,4 175,2 46,As 15,9 3,7 37,7 8,4 58,4 12,5 78,9 16,Sb 14 2,4 30,8 5,1 45,7 7,4 59,9 9,С увеличением массы падающих ионов и проекция пробега, и среднее нормальное отклонение проекции пробега уменьшаются.

При конструировании полупроводниковых приборов нужно знать распределение внедрённых ионов по глубине. Оно определяется, во-первых, величиной ускоряющего напряжения и направлением движения падающих ионов относительно кристаллографической оси мишени. Для выяснения вида распределения необходимо рассмотреть механизм столкновения внедряемых атомов с атомами мишени, что является непростой задачей, поскольку приходится рассматривать взаимодействие различных атомов. Второй важный фактор, определяющий распределение внедрённых ионов, - это температурные условия при внедрении и условия термообработки после внедрения, так как распределение, определяемое результатами столкновений с атомами мишени, видоизменяется, если температура мишени во время легирования высока или если после легирования проводится термообработка.

Диффузия при термообработке ускоряется из-за наличия дефектов, образующихся в результате столкновения внедряемых атомов с атомами мишени.

Распределение внедренных ионов определяется их средним пробегом Rp, стандартным отклонением Rp и дозой имплантации Q:

Pages:     | 1 |   ...   | 15 | 16 || 18 | 19 |   ...   | 27 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.