3.7. Получение распределений по глубине с помощью рассеяния Резерфорда

Потери энергии легкими быстрыми ионами в диапазоне энергий происходят согласно простым и хорошо изученным закономерностям.

Рис. 3.9. Спектр обратного рассеяния ионов с энергией 2,0 МэВ на кристалле кремния, подвергнутом предварительной имплантации нонами с энергией при обшей дозе . Вертикальными стрелками отмечены энергии частиц, рассеянных на атомах на поверхности образца. Слева по оси ординат приведена шкала для справа — для .

Значения dE/dx или можно использовать для анализа зависимости состава от глубины образца с помощью энергетических спектров обратно рассеянных частиц или частиц, являющихся продуктами ядерных реакций. Мы проиллюстрируем этот метод на примерах спектров обратного рассеяния для имплантированной и для покрытой тонкой пленкой кремниевых мишеней.

В случае незначительных концентраций примесей атомов) тормозная способность определяется просто исходной кристаллической решеткой. На рис. 3.9 изображен спектр для мишени из кремния с имплантированными ионами мышьяка. Перевод шкалы энергий в шкалу глубин задается соотношением (3.20), в котором потери берутся для кремния, а . Сдвиг указывает, что мышьяк имплантирован на некоторую глубину от поверхности кремния.

На верхней части рис. 3.10 изображена нанесенная на кремний никелевая

Рис. 3.10. Примерные спектры обратного рассеяния ионов высоких энергий на кремнии с никелевой пленкой в случае четкой границы раздела и в случае размытой границы и образования (б). Шкала глубины указана ниже оси энергий.

пленка толщиной 1000 А. Почти весь пучок ионов проникает в мишень на глубину нескольких микрометров. Частицы, рассеянные на передней поверхности пленки из обладают энергией, которая определяется кинематическим соотношением . Кинематический фактор для обратно рассеянных под лабораторным углом 170° ионов равен 0,76 при отражении от и 0,57 при отражении от .

Остальные ионы, двигаясь в твердом теле, теряют энергию вдоль траектории движения со скоростью около 64 эВ/А (плотность никеля взята равной 8,9 г/см3). Потери энергии в тонких пленках с хорошей степенью точности зависят линейно от толщины. Таким образом, частица с первоначальной энергией 2 МэВ, достигнув внутренней поверхности потеряет 64 кэВ. Непосредственно после обратного рассеяния от никеля на границе раздела частица будет иметь энергию 1471 кэВ, определяемую выражением . На обратном пути потери энергии будут немного другими, а именно 69 эВ/А, в силу зависимости потерь от энергии частицы. При выходе на поверхность ионы , рассеянные на вблизи границы раздела, будут иметь энергию 1402 кэВ. Разность энергий ЛЕ для частиц, рассеянных на внешней и на внутренней поверхностях пленки, составляет 118 кэВ, что может быть получено также из соотношения (3.20).

Обычно большой интерес представляют продукты реакции или профили внутренней диффузии. Нижняя часть рис. 3.10 соответствует случаю, когда никелевая пленка, реагируя с подложкой, образует соединение . В результате реакции ширина сигнала от немного увеличивается из-за наличия в пленке атомов кремния, дающих свой вклад в потери энергии. На сигнале от появляется ступенька, соответствующая присутствию в соединении Необходимо отметить, что отношение амплитуд позволяет определить состав силицидного слоя. В первом приближении отношение концентраций задается выражением

где мы пренебрегли различием сечений торможения вдоль обратной траектории для частиц, рассеянных на атомах . Выход рассеяния на или в силициде приближенно равен произведению амплитуды сигнала на его ширину . Поэтому более точное приближение для отношения концентраций двух элементов А и В, равномерно распределенных внутри пленки, задается выражением

В случае формулы (3.26) и (3.27) дают при определении стехиометрии силицида результаты, отличающиеся на 5%.