Глава 4. ПРОФИЛИ РАСПЫЛЕНИЯ И МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЯ ВТОРИЧНЫХ ИОНОВ

4.1. Введение

В этой главе рассматривается эрозия образца под действием потока частиц высоких энергий. Этот процесс, получивший название распыления, заключается в удалении атомов с поверхности мишени в результате столкновений между налетающими частицами и атомами приповерхностных слоев твердого тела. Распыление лежит в основе различных методов изучения профилей состава по глубине: либо с помощью электронной спектрометрии подвергнутого распылению участка поверхности, либо посредством анализа распыленного вещества. Среди последних методик наиболее распространенной является масс-спектроскопия вторичных ионов (SIMS), которую мы здесь опишем.

В предыдующих главах мы имели дело с энергиями и выходами частиц, рассеянных на мишени из исследуемого вещества. В обратном резерфордовском рассеянии ионов гелия с энергиями порядка нескольких мегаэлектронвольт источником информации о распределении состава по глубине являются потери энергии вдоль траекторий, направленных в глубь и наружу образца (рис. 4.1). Другие методики позволяют идентифицировать атомы только на поверхности образца. Например, в рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS) и электронной оже-спектроскопии (AES) доступная для исследования глубина может составлять всего лишь 10—20 А. Для получения профилей глубины с помощью XPS и AES необходимо уметь удалять заданную часть поверхностного слоя. Такое удаление поверхностного слоя осуществляется при анализе материалов с помощью бомбардировки поверхности тяжелыми ионами низких энергий , такими, как или которые выбивают или распыляют атомы мишени с поверхности. В зависимости от вида ионов, их энергии и вещества мишени выход продуктов распыления, т. е. число распыленных атомов в расчете на один налетающий ион, лежит в диапазоне 0,5 — 20. После удаления очередного слоя состав новообразованной поверхности исследуется поверхностночувствительными методами, что позволяет в результате получить профиль атомного состава по глубине. Возможен также и анализ распыленных атомов, главным образом ионов, дающий состав распыленного вещества. Такая масс-спектроскопия вторичных ионов (SIMS) широко используется для получения профилей глубины. Состав распыленного вещества может быть также установлен измерением характерного излучения вылетающих возбужденных ионов или атомов.

При распылении передача энергии атому поверхности и его последующее

Рис. 4.1. Схематическая диаграмма двух подходов получения распределений по глубине в тонких пленках, а — в методе, основанном на измерении потерь энергии, толщина слоя определяется по потерям энергии налетающих частиц в образце; б — в методе послойного распыления количество исследуемого вещества определяется выходом продуктов распыления. Состав поверхности может быть установлен непосредственно либо методом электронной спектроскопии, либо в результате анализа распыленного вещества.

удаление определяются потерей энергии ионом в упругом столкновении с атомным ядром — это представляет собой механизм ядерных потерь энергии. При обратном рассеянии или анализе с помощью ядерных реакций налетающая частица теряет энергию в основном на электронное возбуждение и ионизацию в результате неупругих столкновений с электронами атома — это представляет собой механизм электронных потерь энергии. Хорошим приближением является предположение о том, что электронные и ядерные потери энергии независимы и их можно рассматривать отдельно. В гл. 3 мы описали электронные потери и показали, что в задачах обратного рассеяния ядерные потери малы. Однако в режиме распыления преобладают именно ядерные потери энергии.