5.9. Анализ тонких пленок

Важной чертой каналирования является подавление рассеяния на подложке-монокристалле и отсутствие подавления на аморфных верхних слоях, таких как окисные пленки. Прямым результатом этого эффекта является повышенная чувствительность к легким примесям, а также возможность получения информации о структуре приповерхностной области. В этом разделе мы обсудим эксперимент по определению стехиометрии и приповерхностных напряжений в системе

Чувствительность экспериментов такого типа улучшается применением геометрии скользящих углов выхода, о чем свидетельствуют спектры рис. 5.20, полученные для кристалла с тонким слоем . Расположение детектора не влияет на взаимодействия посредством близких столкновений

Рис. 5.20. Энергетические спектры рассеяния в геометрии каналирования для монокристалла покрытого пленкой толщиной . Верхний рисунок соответствует размещению детектора при скользящих углах выхода — 96°), нижний рисунок — при углах выхода — 180°. 1 — монокристалл кремния; 2 — пленка — пучок ионов налетающих с энергией 1 МэВ вдоль оси монокристалла кремния; 4 — детектор; 5 — сигнал от соответствующий плотности (а) и (б); б — сигнал от О, соответствующий (а) и (б); 7— сигнал от С, соответствующий плотности на рис. а и плохо различимый на рис. б.

и на каналирование падающего пучка, но действительно изменяет соотношение между энергетической шириной регистрируемых сигналов и толщиной слоя. При скользящих углах выхода (рис. 5.20, о) длина обратной траектории вылетающих после рассеяния частиц может в пять раз превышать длину траектории при рассеянии на углы порядка 180° (рис. 5.20, б). Растяжка масштаба глубины разбрасывает полное число регистрируемых событий

рассеяния на данной толщине по более широкому интервалу энергий и, следовательно, уменьшает число регистрации в каждом канале энергий. Толщина поверхностного слоя образца (~ 15 А окисла) мала по сравнению с разрешением по глубине, поэтому энергетическая ширина сигнала определяется разрешающей способностью по энергии системы детектирования.

Спектр рассеяния на ориентированном должным образом кристалле с тонкой окисной пленкой состоит из 1) сигнала от , в который дает вклад рассеяние на в окиси, рассеяние на несопряженных атомах в поверхностной области и внутренний поверхностный пик от монокристаллической подложки и 2) сигнала от кислорода при меньших энергиях, который возникает из-за кислородного покрытия. Площади этих пиков могут быть переведены в еденицы атом/см2 с точностью — 5%.

На рис. 5.21 сопоставлены интенсивности пиков от кремния и кислорода для окисных пленок толщиной вплоть до -40 А. Практически для всего диапазона толщин экспериментальные данные укладываются на прямую линию, которая соответствует стехиометрии плюс дополнительный вклад (атомов Si)/cм2. Большая часть этого дополнительного вклада является ожидаемым внутренним поверхностным пиком от . Приведенные на рис. 5.21 результаты показывают, что окись имеет в основном правильную стехиометрию и что внутренняя граница раздела является резкой. Экспериментальные данные позволяют предположить, что

Рис. 5.21. Соотношение между плотностями атомов Si и О на единицу площади в окисных пленках толщиной до — 40 А. Точками отмечены данные, полученные из спектров, аналогичных изображенным на рис. 5.20. Заштрихованная часть рисунка соответствует интенсивности поверхностного пика для чистого монокристалла Si (110) с "объемоподобной" поверхностной структурой [13].

внутренняя поверхность состоит либо из двух монослоев атомов кремния, не сопряженных с монокристаллом, либо из тонкого слоя окиси с нарушенной стехиометрией.