19865

Определение стехиометрии образца методом РОР. Разрешение метода по глубине. Определение толщины пленки методом РОР

Лекция

Физика

Лекция 30 Определение стехиометрии образца методом РОР. Разрешение метода по глубине. Определение толщины пленки методом РОР. С помощью метода Резерфордовского обратного рассеяния можно определить стехиометрический состав однородного образца не прибегая к использо

Русский

2013-07-18

157 KB

7 чел.

Лекция 30

Определение стехиометрии образца методом РОР. Разрешение метода по глубине. Определение толщины пленки методом РОР.

С помощью метода Резерфордовского обратного рассеяния можно определить стехиометрический состав однородного образца, не прибегая к использованию эталонов. Рассмотрим, как решается эта задача.

Имеется многокомпонентный образец, например, АВС, где А, В, С – неизвестные до проведения анализа элементы, равномерно распределенные по объему образца. Суммарная атомная концентрация в образце , где ni также неизвестные атомные концентрации каждого элемента. Относительная атомная концентрация i-го элемента Сi = ni/n0 и . Для определенности будем считать, что МА  МВ  МС, тогда для кинематических факторов выполняются следующие неравенства kА  kВ  kС. В соответствие с материалом предыдущей лекции энергетический спектр обратнорассеянных ионов гелия будет иметь вид, приведенный на рис. 30.1.

Спектр начинается при энергии ЕА = kАЕ0 (с учетом замечания относительно энергетического окна энергоанализатора). Так как геометрия рассеяния задана (образец установлен относительно ионного пучка под углом 0, энергоанализатор относительно образца под углом ), то задан угол рассеяния . Определив из спектра величину ЕА, получим значение кинематического множителя для элемента А, атомная масса которого определяется из соотношения

(30.1)

которое следует из выражения (1.2) для кинематического фактора. Определив МА, мы тем самым определили и ZА.

Высота ступеньки НА (число зарегистрированных ионов при энергии ЕА за время измерения энергетического спектра) определяется упругим рассеянием на ядрах атомов элемента А, расположенных в поверхностном монослое, поэтому в соответствие с (29.4), где Е* = Е0, ее величина может быть записана как

(30.2)

где КА считается исходя из известных значений А = М1/МА и .

При энергиях меньших kАЕ0 спектр образуют ионы, рассеянные на атомах элемента А, расположенных внутри образца. При энергии ЕВ = kВЕ0 вклад в спектр начинают вносить ионы, рассеянные на атомах элемента В. Аналогично вышеописанному, определяются атомная масса и атомный номер элемента В и параметр КВ. Высота ступеньки НВ определяется упругим рассеянием на ядрах атомов элемента В, расположенных в поверхностном монослое и ее величина может быть представлена с помощью (30.2). При энергии ЕС = kСЕ0 вклад в спектр начинают вносить ионы, рассеянные на атомах элемента С. Таким образом, по положению ступенек в спектре мы определили элементный состав образца.

Для определения стехиометрии запишем отношение НВ/НА

.

Аналогично

.

Так как значения НА, НВ и НС (величины ступенек) определены экспериментально в энергетическом спектре, то с учетом, что , получаем систему из трех уравнений с тремя неизвестными СА, СВ и СС

(30.3)

которая легко решается (если образец состоит из n элементов, то получается система из n уравнений).

После того как СА, СВ и СС определены, из них выбирается минимальное значение, пусть СС = min{СА, СВ, СС}, тогда в стехиометрической формуле = 1; = СА/СС и = СВ/СС. Таким образом, поставленная задача полностью решена.

При реализации описанной методики необходимо иметь в виду, что анализируется фактически поверхностный монослой образца, поэтому перед проведением анализа поверхность должна быть очищена с помощью одного из методов, рассмотренных в прошлом семестре. Если такая очистка не сделана, то будет проанализирован слой поверхностных загрязнений, что иногда тоже является предметом анализа.

Разрешение метода РОР по глубине образца можно определить из следующих соображений. В соответствие с материалом предыдущей лекции для энергии иона перед процессом упругого рассеяния можно написать следующие два равенства

,

исключив из которых Е*, получим

и, следовательно,

.

Взяв дифференциал от обеих частей последнего равенства, с учетом того, что в правой части изменяемой величиной является только Е(t), получим выражение для разрешения по глубине в следующем виде

(30.4)

В данном выражении неопределенность в измерении энергии обратнорассеянных ионов Е определяется двумя основными факторами. Первый – физический, связанный с эффектом страгглинга, подробно рассмотренный в предыдущей лекции. Второй – технический, связанный с конечной шириной энергетического окна энергоанализатора. Так как эти два фактора не зависят друг от друга, то , где ЕВ = 2,35В. Для конкретного поверхностно-барьерного детектора (А – конкретное число), разрешение по глубине t тем лучше, чем меньше числитель дроби в (30.4). Отсюда следует, что оптимальной с точки зрения разрешения по глубине является геометрия измерения, в которой 0  90о (0 всегда 90о) и   270о ( всегда 90о). Обычно используют геометрию с 0 = 80-85о и = 250-255о, в этом случае угол рассеяния   170о. Стандартная геометрия, в которой реализуется метод РОР, приведена на рис. 30.3.

Рассмотрим, как с помощью метода РОР можно определить толщину пленки из материала (Mпл, Zпл), нанесенную на подложку (Mподл, Zподл). Как будет ясно из дальнейшего, это можно сделать только при условии Mподл  Mпл. Схема рассеяния приведена на рис. 30.3. Ионы пучка (M1, Z1) с начальной энергией Е0 испытывают однократное упругое рассеяние на атомах материала пленки вплоть до точки 2, расположенной на границе раздела пленка-подложка. Если толщина пленки t, то ширина энергетического спектра от пленки Епл = kплЕ0Е(t). В приближении энергии на поверхности в точке 2 перед упругим рассеянием ион имеет энергию

.

После упругого рассеяния энергия иона

.

На выходе из пленки энергия иона

.

Следовательно

   (30.4)

и толщина пленки определяется выражением

(30.5)

Максимальная энергия ионов, рассеянных на атомах подложки

.    (30.6)

Если эта величина меньше Е(t), то спектр от подложки будет разнесен со спектром от пленки, как это показано на рис. 30.3. Для выполнения этого условия необходимо чтобы kподл  kпл и, соответственно Mподл  Mпл.

Подобный метод определения толщины пленки дает наибольшую точность при толщинах пленки, когда можно пренебречь эффектом страгглинга. В этом случае ошибку в измерение вносит только ширина энергетического окна поверхностно-барьерного детектора. При использовании электростатического энергоанализатора с Е = 10-4 данный метод позволяет измерять толщины пленок ~ 10 Å.

Рассмотрим реализацию данного метода на конкретном примере. Имеется Nb-пленка толщиной 100 Å на Si-подложке. Измерение проводится с помощью ионов Не с энергией Е0 = 2 МэВ в геометрии 0 = 85о, = 255о и, следовательно, угол рассеяния = 1700. В этом случае kпл = 0,843, kподл = 0,566 и kпл Е0 = 1,685 МэВ (начало спектра от пленки). Так как пленка тонкая, то можно считать, что Евх =  и для ионов, рассеянных на атомах первого монослоя подложки, Евых = . Для ионов гелия в ниобии  53,4 эВ/ Å, соответственно, Евх = 5,340 кэВ; = 57,8 эВ/ Å и Евых = 5,780 кэВ. В соответствие с (30.4) ширина спектра от пленки Епл = 74 кэВ, т.е. спектр от пленки закончится при 1,611 МэВ. Спектр от подложки в соответствие с (30.6) начнется с 1,071 МэВ. Таким образом, спектры от пленки и подложки хорошо разделены. В соответствие с (30.) точность измерения толщины пленки для ПБД с А = 15 кэВ равна

= 20 Å.

В случае использования электростатического энергоанализатора с Е = 10-4 точность измерения составит 2 Å.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38505. Реконструкция системы электроснабжения центральной части с. Идринское Идринского района 2.03 MB
  Расчет ТП1 линии Л2. Расчет полной S мощности на участках линии определяется по формуле: 1.62кВт; Расчеты показаны только для линии Л1 на трансформаторной подстанции ТП1 а результаты расчетов для остальных линий будут снесены в таблицу 1. Определяем токи на участках линии по формуле 1.
38506. Обработка отверстий детали «переводник шлицевой» без применения технологической оснастки 1.59 MB
  В настоящее время для обработки отверстий применяют различного рода приспособления. При обработке отверстий без использования оснастки возникают такие условия что настройка на операцию обработки внутренних шпоночных пазов происходит с увеличением нормы времени штучное время. Это объясняется тем что количество установок детали ее переустановок время на настройку операции на различных приспособлениях будет различным в зависимости от быстродействия рассматриваемой технологической оснастки. Определение основного времени...
38507. АНАЛИЗ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КБ «ПРИВАТБАНК» В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ РАЗВИТИЯ КРЕДИТНОГО РЫНКА УКРАИНЫ 2.31 MB
  КРЕДИТНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ БАНКА. Совершенствование кредитной политики банка {Error clculting vlue: Bookmrk _Toc125347208 ws not found in this document. Все усилия банка относительно возвращения кредитов сводятся на нет через несовершенство нашего законодательства. Учитывая экономическую и политическую нестабильность в Украине наилучшей гарантией возвращения кредита является его обеспечение поскольку при возникновении отрицательных явлений единым источником возвращения кредита для банка реализация заставленного имущества.
38508. Проектирование жилого двухэтажного коттеджа с разработкой дизайна интерьера с добавлением элементов художественной ковки 6.56 MB
  Кованая мебель может быть выполнена в любом стиле: ампир и модерн артдеко барокко готика и неоготика кантри или хайтек. Кантри как основополагающий стиль. Для своего проекта интерьера коттеджа я предпочла применить стиль кантри с элементами художественной ковки. Слово кантри означает сельский деревенский а родиной этого стиля является Англия.
38509. Технология изготовления источника ионизирующего излучения 588.05 KB
  Сборочный чертеж источника ионизирующего излучения Р86 чертеж детали Корпус. Описание узла и назначение детали. Анализ чертежа детали. Анализ технологичности детали.
38510. Исследование уголовно-правовой и криминологической характеристики хулиганства 453.5 KB
  В дипломной работе детально рассмотрен целый комплекс проблем, касающихся определения социальной сущности хулиганства, его юридических признаков, мотивационно-причинных комплексов, психолого-педагогической характеристики хулигана, совершенствования форм и способов борьбы с ним, правотворческой и правоприменительной деятельности и т. д. Все это свидетельствует об актуальности избранной темы дипломной работы.
38511. Анализ и потребительская оценка ассортимента кондитерских товаров, реализуемых на предприятии ЗАО «Гулливер» 1.02 MB
  Основная задача товароведения кондитерских изделий состоит в изучении факторов, формирующих и сохраняющих их качество, т.е. в изучении сырья, из которого приготовлены кондитерские изделия, особенности технологии их производства, разработке наиболее рациональных режимов и способов хранения, упаковки и перевозки с наименьшими потерями.
38512. СЛАВЯНСКАЯ ГИПОТЕЗА ИДИШ П. ВЕКСЛЕРА: ЗА И ПРОТИВ 231 KB
  Пушкина Филологический факультет Кафедра общего и русского языкознания ГОЛОМАЗОВА ДАРЬЯ ВЛАДИМИРОВНА СЛАВЯНСКАЯ ГИПОТЕЗА ИДИШ П. Проблемы генетической классификации идиш в современной лингвистике.2 Проблема славянского происхождения идиш на примерах языкового материала . 48 ВВЕДЕНИЕ Выбор темы нашего исследования обусловлен сравнительной неизученностью происхождения языка идиш причинами которой являются недостаточное количество сохранившихся письменных документов по...
38513. Особливості маловідхідної технології вторинної переробки рудних пісків у балці «Крута» ВГМК 427 KB
  Значення вторинної переробки досить значне. По-перше ресурси багатьох матеріалів на Землі обмежені та не можуть бути заповнені в терміни, порівнянні з часом існування людської цивілізації. По-друге, потрапивши в навколишнє середовище, матеріали зазвичай стають забруднювачами.