4.6. Масс-спектрометрия вторичных нейтральных частиц (SNMS)

Как показано на рис. 4.13, выход вторичных ионов из кремния может меняться на три порядка в зависимости от концентрации кислорода.

Рис. 4.13. а — сравнение выходов вторичных положительных ионов на чистой и покрытой кислородом (2) металлических поверхностях, подвергнутых распылению ионами с энергией 3 кэВ; б — зависимость отношения интенсивностей для выходов ионов из кремния с имплантированным в него кислородом от относительного содержания атомов кислорода. Распыление ведется нонами с энергией Вызванное присутствием кислорода уменьшение интенсивности равно , где — интенсивность выхода из кремния, содержащего кислород, — ионная эмиссия из чистого кремния. (Оба рисунка взяты из работы [19].)

Можно избежать этих эффектов, связанных с чистотой матрицы, если для исследования состава использовать нейтральные распыленные частицы [12]. Однако система анализа массы срабатывает по-прежнему от ионов, и поэтому в методе SNMS процессы эмиссии (распыления) и ионизации (передачи заряда) должны быть разделены так, чтобы ионизация распыленных

Рис. 4.14. Установка для масс-спектроскопии вторичных нейтральных частиц (SNMS), в которой распыленные нейтральные частицы попадают в плазменную среду для постионизации. Образовавшиеся ионы детектируются квадрупольным масс-спектрометром. 1 — ионная пушка; 2 — образец; 3 — сетки; 4 — плазма; 5 — квадрупольный масс-спектрометр; 6 — детектор.

нейтральных атомов происходила после их эмиссии с поверхности образца (постионизация).

На рис. 4.14 изображен пример системы SNMS, главное отличие которой от обычной системы SIMS заключается в установке ионизационной плазменной камеры перед масс-спектрометром. Сетки между образцом и камерой действуют как электрические диафрагмы, не позволяющие ионам обоих знаков входить в камеру или покидать ее. Поэтому в ионизационную камеру попадают только нейтральные частицы, а ионизованные в камере атомы не могут вернуться на образец.

Ионизация нейтральных частиц в камере может производиться с использованием высококачественной разреженной плазмы, возбуждаемой при помощи циклотронного резонанса электронов [12]. Фактор постионизации распыленных частиц А зависит от параметров плазмы, вероятности ионизации этих частиц электронным ударом и времени пролета их через ионизатор. Для ионов благородных металлов удается получить значение близкое к , а для переходных металлов типа тантала — порядка . Фактор постионизации определяется экспериментальными условиями системы, и для каждого образца А величина может рассматриваться как постоянная установки.

Измеренный сигнал нейтральных частиц А можно представить в виде

где — ток исходного пучка, — полный выход распыления — выходы вторичных ионов, — приборная константа. Обычно вероятности нейтрализации намного меньше единицы, так что множитель ) можно принять за единицу. Поскольку чистота матрицы образца мало влияет на фактор постионизации можно легко провести калибровку с помощью эталонов. Чувствительность метода SNMS к низким концентрациям примесей сравнима с чувствительностью метода SIMS и составляет около Однако в методе SNMS изменение свойств субстрата не приводит к большим изменениям выхода. Отметим, что для ионизации нейтральных частиц можно вместо плазмы использовать мощные лазеры.