lekciya_30.ppt

по глубине.
Определение толщины пленки методом РОР.

однородного образца, не прибегая к использованию эталонов.
Имеется многокомпонентный образец, например,

АαВβСδ, где А, В, С – неизвестные до проведения анализа элементы, равномерно распределенные по объему образца.
Суммарная атомная концентрация в образце
где ni также неизвестные атомные концентрации каждого элемента.
Относительная атомная концентрация i-го элемента Сi = ni/n0 и .
Для определенности будем считать, что МА > МВ > МС, тогда для кинематических факторов выполняются следующие неравенства kА > kВ > kС.

геометрия рассеяния задана
(образец установлен относительно
ионного пучка под углом ζ0,
энергоанализатор относительно
образца

под углом ζ),
то задан угол рассеяния θ.
Определив из спектра величину ЕА,
получим значение кинематического
множителя для элемента А,
атомная масса которого
определяется из соотношения


Определив МА, мы тем самым определили и ZА.

энергии ЕА за время измерения энергетического спектра) определяется упругим рассеянием

на ядрах атомов элемента А, расположенных в поверхностном монослое, поэтому ее величина








где КА считается исходя из известных значений γА = М1/МА и θ.

на атомах элемента А, расположенных внутри образца.
При энергии ЕВ =

kВЕ0 вклад в спектр начинают вносить ионы, рассеянные на атомах элемента В. Аналогично вышеописанному, определяются атомная масса и атомный номер элемента В и параметр КВ. Высота ступеньки НВ определяется упругим рассеянием на ядрах атомов элемента В, расположенных в поверхностном монослое и ее величина может быть представлена с помощью предыдущего выражения.
При энергии ЕС = kСЕ0 вклад в спектр начинают вносить ионы, рассеянные на атомах элемента С. Таким образом, по положению ступенек в спектре мы определили элементный состав образца.

НА, НВ и НС (величины ступенек) определены экспериментально в энергетическом

спектре, то с учетом, что

получаем систему из трех уравнений с тремя неизвестными СА, СВ и СС .

система из n уравнений.
После того как СА, СВ и СС

определены, из них выбирается минимальное значение, пусть СС = min{СА, СВ, СС}, тогда в стехиометрической формуле δ = 1; α = СА/СС и β = СВ/СС. Таким образом, поставленная задача полностью решена.

монослой образца, поэтому перед проведением анализа поверхность должна быть очищена

с помощью одного из методов, рассмотренных ранее.

Если такая очистка не сделана, то будет проанализирован слой поверхностных загрязнений, что иногда тоже является предметом анализа.

материалом предыдущей лекции для энергии иона перед процессом упругого рассеяния

можно написать следующие два равенства



исключив из которых Е*, получим



следовательно

обеих частей последнего равенства, с учетом того, что в правой

части изменяемой величиной является только Е(t), получим выражение для разрешения по глубине в следующем виде



В данном выражении неопределенность в измерении энергии обратнорассеянных ионов δЕ определяется двумя основными факторами. Первый – физический, связанный с эффектом страгглинга, подробно рассмотренный в предыдущей лекции.
Второй – технический, связанный с конечной шириной энергетического окна энергоанализатора. Так как эти два фактора не зависят друг от друга, то


где δЕВ = 2,35ΩВ.

(ωА – конкретное число), разрешение по глубине δt тем лучше,

чем меньше числитель дроби.
Отсюда следует, что оптимальной с точки зрения разрешения по глубине является геометрия измерения, в которой ζ0 → 90о (ζ0 всегда < 90о) и ζ → 270о (ζ всегда > 90о).
Обычно используют геометрию с ζ0 = 80-85о и ζ = 250-255о, в этом случае угол рассеяния θ ≅ 170о.
Стандартная геометрия, в которой реализуется метод РОР

из материала (Mпл, Zпл), нанесенной на подложку (Mподл, Zподл).
Как будет

ясно из дальнейшего, это можно сделать только при условии Mподл < Mпл.
Схема рассеяния

t, то ширина энергетического спектра от пленки ΔЕпл = kплЕ0

– Е(t).
В приближении энергии на поверхности в точке 2 перед упругим рассеянием ион имеет энергию


После упругого рассеяния энергия иона


На выходе из пленки энергия иона

выражением




Максимальная энергия ионов, рассеянных на атомах подложки

меньше Е(t), то спектр от подложки будет разнесен со спектром

от пленки






Подобный метод определения толщины пленки дает наибольшую точность при толщинах пленки, когда можно пренебречь эффектом страгглинга. В этом случае ошибку в измерение вносит только ширина энергетического окна поверхностно-барьерного детектора.
При использовании электростатического энергоанализатора с ρЕ = 10-4 данный метод позволяет измерять толщины пленок ~ 10 Å.

- вероятность заполнения вакансий в той или иной оболочке или

подоболочке при переходе, сопровождаемом выходом ХРИ.
Сумма вероятностей выхода рентгеновской флуоресценции и Оже-электронов равна единице.
Зависимости вероятности выхода
рентгеновской флуоресценции
(вероятность фотоэффекта)
от атомного номера для К-оболочки
и для L-оболочки
(усредненная по трем подоболочкам).
для элементов с малым атомным номером
преобладают Оже-переходы,
для более тяжелых элементов преобладающим механизмом является рентгеновская флуоресценция.