Введение к работе
Актуальность работы. Развитие и разработка методов анализа поверхности твердых тел (ТТ) связаны с появлением новых технологий, характеризующихся большим числом одновременно используемых физических свойств поверхности ТТ. Наиболее полную информацию о поверхности в настоящее время получают с помощью методов электронной и ионной спектроскопии. Наиболее распространенными из них являются электронная оже-спектроскопия (ЭОС), ультрафиолетовая и рентгеновская фотоэлектронные спектроскопии (УФЗС и РФЭС), масс-спектроскопия вторичных выбитых ионов (МСББИ) и спектроскопия обратно рассеянных ионов низких энергий (СОРИНЭ). Все перечисленные методы по сравнению с последним методом СОРИНЭ обладают большей глубиной анализа (10т20 А), что приводит к усреднению получаемых результатов по толщине слоя и в ряде случаев не позволяет однозначно определять состав и структуру внешнего монослоя поверхности ТТ. Развитие метода СОРИНЭ связано с его повышенной чувствительностью к верхнему атомному слою поверхности, что обеспечивает получение информации с локальностью по глубине около бА.
Однако до настоящего времени все не остается дискуссионным вопрос о границах применения формулы парных упругих соударений в методе СОРИНЭ для расшифровки спектра в области низких энергий налетающих частіш. Можно считать, что возможности метода СОРИНЭ для исследования поверхности ТТ при гипертермальных энергиях ионов (нішо ІООзВ) мало изучены. Далее, - уке в отношении существующей аппаратноП реализации метода СОРИНЭ, недостатками являются невысокая чувствительность установок для анализа примесей на поверхности полупроводниковых материалов и ошибки в результатах анализа из-за больших значений энергий и тока зондирующего пучка. Эти " соображения в значительной мере определяют актуальность теш в научном и практическом планах.
Одним из эффективных направлений применения метода СОРИНЭ являются, по нашему мнению, исследования поверхности эмиттеров с отрицательны.'.! электронны!* сродством (ОЭС)..Исследования изменений состава поверхности эмиттеров в процессе различных технологических операций ( термообработки, нанесения активирующего покрытия и др.),-причем с моноатомным разрешением по глубине,-безусловно, дадут цен-
ную информацию о физических закономерностях формирования именно внешнего монослоя поверхности, вакнейаего для функциониро-ванмя эмиттеров, и позволит не только уточнить механизм этого функционирования, но и улучшить технологи» производства эмиттеров с ЭОС.
Целью данной работы являлось выяснение закономерностей взаимодействия ионов низких энергий с поверхности) ТТ,- включая диапазон гипертериальных энергий,.для расширения аналитических воэмояиостеЯ метода СОРИНЭ и разработки соответствующей аппаратуры. Эта цель достигалась путем изучения с помощью высокочувствительной аппаратуры особенностей.изменения энергетических спектров рассеянных ионов низких и гипертермальных энергий в зависимости от различных физических факторов, и дальнейшего применения метода СОРИНЭ и дополнительных к нему методов ионно-нейтрализациояной спектроскопии (ИНС), экзоэлект-ронной эмиссии (ЭЭЭ) и спектроскопии атомов отдачи (САО) с учетом новых выявленных закономерностей рассеяния для анализа поверхности модельных и технологических объектов.
Исследования, проведенные методом СОРИНЭ, позволили получить следующие новые научные результаты; і. Установленої- на примере He-*Si и Ne-*Au) ,что в диапазоне гипертермальных энергий при малых отношениях масс взаимодействующих частиц (эксперимент He-«-Si) наблюдается рассеяние от групп атомов, _ но при большх отношениях масс взаимодействующих частиц (эксперимент Ne-»Au) сохраняется парное упругое рассеяние. Минимальная энергия зондирующих ионов, рассеиваемых в результате парного соударения,ограничивается притягивающим потенциалом поверхности.
-
Обнаружен в энергетическом спектре ионов гнлертермалыш энергии, рассеянных от поверхностей, обладающих кристаллической структурой, пик объясняемый фокусонной теорией и расположенный эа пиком рассеянных ионов.
-
По спектрам рассеянных гипертермальиых ионов определена поверхностная температура Дебая и смещение атомов в перпендикулярном . направлении для Au, ВІ, Со.
4. Установлено, что максимальный ионный выход рассеянных ионов No
наблюдается в диапазоне первичных энергий 15-20эВ.
5. Экспериментально установлено поверхностное плавление ь As-
подрешегке при вакууиаоН термообработке GaAs.
8. Методами СОРИНЭі САО; ИНС и- ЭЭЭ установлено, что при формирований ионослойпого покрытия Сз иа поверхности йаАэ происходит изменение зарядового СОСТОЯНИЯ Cs от
ионного к дипольному; качало перехода в дипольное состояние соответствует величине покрытия *» 0,2*0,6 монослоя (мел) для СаАз а зависит от соотношения элементов III и V групп на поверхности.
-
Показано,что важнейшей из причин деградации эмиттеров с ОЭС является миграция цезия по поверхности.
-
Установлено, что напуск инертной атмосферы в рабочую камеру до давления"**4*10* Торр позволяет увеличить время жизни фотоэмиттёра з 5*7 раз.
На защиту выносятся:
-
Конструкция встраиваемого в камеру установки спектрометра обратно рассеянных ионов низких и гилертермалышх энергий с параметрами: диапазон знергий-2 f ВОООэВ; угол рассеяния Ф « 140*; чувствительность ( по Аи ) 2* 10 ішп/с«нА; предел обнаружения -* ю'э ат/см3; рабочий диапазон первичного тока 107 иб'г А; диаметр первичного пучка 0, if1мм.
-
Способ определения структурного состояния поверхности (аморфизо-занное или кристаллическое) металлов и полупроводников методом рассеяния ионов гипертермальных энергий по обнаруженному нами пику в энергетическом спектре с энергией,близкой к энергии первичных ионов.
-
Способ определения зарядового состояния ( ионное или дипольное ) адатоиов целочных металлов на повсрхностп полупроводников и тугоплавких металлов по нелинейности зависимости токо рассеянных ионов от степени покрытия,
-
Способы повызения стабильности и чувствительности эмиттеров с ОЗС.заюшчавзиеся: І) з обогащении поверхности арсенида галлия ато-иами Аз путем прогрева в вакууме и контроля методом СОРИНЭ; 2)в по(7 иеиенш! эмиттера с ОЭС а.атмосферу инертного газа (Не).давлением до
«10~ Торр; 3) в уменьвении миграций Сз по поверхности эмиттера путем окисления периферии фотокатода.
Научная ценность полученных результатов вырагается в дальней-пем углублении понимания физических процессов, происходящих при взаимодействии ионов низких и пшертермальных энергий с атомами поверхности ТТ.
Практическая ценность работы состоит в значительном совершенствовании аппаратуры и методики СОИШ. Полученные результаты могут быть использованы при создании спектрометров ионного рассеяния про-кымспчого типа с-весьма чувствительна элементный анализом поверх-
- 4 -ностя и при совершенствовании самой технология производства фотоэмиттеров с ОЭС.
Достоверность результатов обеспечивалась разработанной аппаратурой, позволившей привлечь комплекс дополнительных методов: экзо-электронной эмиссии (ЭЭЭ), спектроскопии атомов отдачи (САО), ион-но-нейтрализационной спектроскопии (ИНС), термодеоорбционной масс-спектроскопии (ТДМС), электронной оже-спектроскопии (ЭОС), газовой масс-спектроскопии. Были выполнены все необходимые исследования фо-тоэыиссии образцов, а также,- попутно, их вторичных электронно-электронной и ионно-электронной ЭМИССИЯ (БЭЭЭ и ВИЭЭ).
Апробация. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на XX и XXI Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Киев,1987; Ленинград,1991); IX Всесоюзной конференции , "Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела" (Москва, 1989); Всесоюзном совещании-семинаре "Диагностика поверхности ионными пучками" (Донецк,1988; Одесса,1990); Всесоюзной конференции "Поверхность - 89 (Черноголовка,1989); VI Всесоюзном симпозиуме "Вторично-электронная; фотоэлектронная эмиссии и спектроскопия поверхности" (Рязань,1986); V Всесоюзной конференции "Тройные полупроводники и их применение" (Кишинев,1987).
Публикации. Результаты работы опубликованы в 7 журнальных стать-
, ях и 14 сообщениях в сборниках тезисов докладов на указанных выше конференциях и семинарах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитированной литературы. Она изложена на № страницах машинописного текста, содержит SS рисунков а 2 таблицы на 2 отдельных страницах, а такие список литературы,
