4.7. Избирательное распыление элементов и анализ их распределения по глубине

При описании распыления многокомпонентной системы необходимо учитывать влияние избирательного распыления и поверхностной сегрегации. В однородном образце с атомными компонентами А и В концентрации элементов на поверхности и в объеме совпадают, если на поверхности отсутствует сегрегация, которая могла бы происходить в результате тепловых процессов. Тогда в начале распыления выполняется соотношение

Парциальные выходы отдельных элементов А и В определяются согласно выражению (4.1):

Число вылетевших атомов элемента А, В

Парциальный выход распыления элемента А пропорционален концентрации на поверхности CSA и аналогично выход YB пропорционален CSB. Отношение парциальных выходов равно

где множитель учитывает различия поверхностных энергий связи, глубин выхода распыленных частиц и передаваемых в каскаде энергий. Измеряемые значения обычно лежат в диапазоне от 0,5 до 2,0.

Если то и измерение выходов распыленных частиц позволяет непосредственно найти отношения концентраций в объеме образца. Если то концентрации на поверхности и выходы продуктов распыления будут меняться со временем от своих начальных значений и до значений , которые установятся через большой промежуток времени.

В начале распыления при t = 0

При больших временах, когда будут достигнуты условия равновесного распыления, отношение парциальных выходов в силу закона сохранения массы станет равным отношению концентраций в объеме образца:

Например, если имеет место преимущественное распыление с , то преобладает выход элемента А и поверхность обогащается элементом В. Это обогащение поверхности элементом В приводит к увеличению выхода компоненты В и к уменьшению выхода компоненты А. Если распыляются макроскопические количества вещества (слой толщиной более 100 А), то увеличение концентрации элемента В полностью уравновешивает преимущественное распыление элемента А. Таким образом, если , то при равновесном распылении отношение концентраций на поверхности отличается от аналогичного отношения в толще образца:

Другими словами, состав поверхности изменяется таким образом, что полный выход продуктов распыления дает объемный состав, несмотря на различие выходов отдельных элементов. Анализ состава образовавшегося

Рис. 4.15. Спектр обратного рассеяния для пленки , подвергнутой распылению ионами с энергией Заштрихованная часть сигнала от указывает на увеличение содержания в приповерхностной области в результате преобладающего распыления Si [20].

поверхностного слоя в этот момент привел бы к результатам, сильно отличающимся от состава в объеме образца.

Пример изменения состава слоя силицида показан на рис. 4.15. Образец из был подвергнут распылению ионами аргона с энергией 20 кэВ и затем исследовался ионами с энергией 2 МэВ. Спектр обратного резерфордовского рассеяния указывает на повышенное содержание в поверхностной области. Отношение концентраций увеличивается от единицы внутри образца до значения на поверхности. Увеличение концентрации объясняется тем, что при распылении парциальный выход кремния больше, чем платины: . На рис. 4.16 изображены парциальные выходы как функции дозы облучения ионами аргона. Как и ожидалось, при малых дозах облучения выход распыления намного превышает выход . В начале распыления отношение выходов составляет

Рис. 4.16. Зависимость парциальных выходов распыленных от дозы облучения в процессе бомбардировки образца ионами с энергией 40 кэВ [7].

. По мере облучения парциальные выходы распыления приближаются к одной и той же величине. Равенство выходов отражает просто тот факт, что после достижения равновесного распыления отношение выходов должно совпадать с отношением концентраций в объеме образца, которое равно единице для .