Микроструктура и элементный состав пленок на основе оксидов со структурой перовскита по данным рентгенофлуоресцентного анализа с полным внешним отражением

• Автор: Разномазов, Валерий Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ростов-на-Дону
• Количество страниц: 141 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Проблема характеризации поверхностей тонких плёнок на основе оксидов со структурой перовскита в свете развития технологии их получения (литературный обзор)
1.1. Тонкие плёнки. Классификация методов их получения
1.2. Элементный состав и физические свойства тонкихплёиок
1.3. Проблема определения элементного состава и морфологии в методе высокочастотного распыления в атмосфере кислорода при высоких давлениях
1.4. Современная схема рентгенофлуоресцеитного анализа
1.5. Рентгенофлуоресцентный анализ при скользящих углах падения
1.6. Рентгенофлуоресцентный анализ при полном внешнем отражении (РФА ПВО)
1.7. Вклад шероховатости в процесс формирования интенсивности в РФА
1.8. Тонкие плёнки на основе Ва-Бг-Ті-О (БСТ)
1.9. Тонкие плёнок на основе РЬ-7г-Ті-0 (ЦТС)
1.10. Тонкие плёнки на основе Ві-ТМй-Ре-О (ФВ)
1.11. Выводы из первой главы
2. Методы рентгеноспектрального
исследования тонких плёнок
2.1. Устройство спектрометра РФС
2.2. Оптимизация геометрии спектрометра РФС
2.3. Оценка элементной чувствительности спектрометра «РФС-001»
2.4. Оценка метрологических характеристик спектрометра РФС
2.5. Анализ влияния параметров математической обработки на результаты, полученные методом РФА ПВО
2.6. Результаты апробации спектрометра
2.7. Учёт особенностей в математическом моделировании процессов, происходящих в РФА при скользящих углах
2.8. Выводы из второй главы
3. Исследование тонких плёнок Ва-Уг-'П-О на грани (001) ЬаАЮз
3.1. Анализ интенсивностей аналитических линий в спектрах плёнок БСТ и подложек ЬаАЮз
3.2. Влияние шероховатости на интенсивность рассеянной линии МоКа и характеристических линий подложки ЬаАЮз и плёнки БСТ
3.3. Результаты регистрации упруго рассеянной линии МоКа от серии тонких плёнок БСТ на кристаллических подложках ЬаАЮз
3.4. Выводы из третьей главы
4. Исследование тонких плёнок ВЬШ-Рс-О
на грани (0001) А120з
4.1 .Экспериментальное исследование тонких плёнок ФВ
4.2. Выводы четвёртой главы
5. Экспериментальное исследование образования ЦТС плёнок на поликристаллических подложках нержавеющей стали в а(3 РФА ПВО схеме
5.1. Азимутальное сканирование при РФА ПВО (а|3 РФА ПВО)
5.2. Апробация азимутального сканирования при РФА ПВО
(ар РФА ПВО)
5.3. Результаты регистрации ТеКа от стальной подложки
5.4. Результаты сканирования поверхностей подложек с тонкой плёнкой ЦТС на подложках и нержавеющей стали относительно пучка первичного излучения
5.5. Вы воды пятой главы
Заключение
Список использованной литературы
Основные публикации по теме диссертации
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы
Важной задачей физики конденсированного состояния является создание тонких плёнок оксидов со структурой перовскита [1], которые, во-первых, нередко имеют уникальные физические свойства - электрические, магнитные и оптические, зависящие от состава, толщины и структуры, как плёнок, так и подложек [2], а, во-вторых, при их получении проявляются особые технологические и физические эффекты, которые нуждаются в глубоком изучении.
Среди твёрдых растворов АЦЦВ'ЦДОз и (А'хА"/_х)В03 оксидов со структурой перовскита, помимо известных пьезоэлектрических систем РЬ(ггхТЦх)03 (ЦТС) и (Вах8г]_х)ТЮз (БСТ) последнее время внимание исследователей привлекают также мультиферроики, к числу которых, в частности, относятся твердые растворы Вц.хЧхРеОз, (где А - р.з.э.). Тонкие плёнки этих твёрдых растворов перспективны для применения в компонентах твёрдотельной электроники, в частности, плёнки БСТ являются альтернативой традиционному кварцу БЮг в микроэлектронике [3], плёнки ЦТС являются основой для создания СВЧ устройств [4], а использование мультиферроиков на основе феррита висмута (ФВ) перспективно для создания энергонезависимых устройств динамической памяти [5].
Одним из наиболее перспективных для создания тонких плёнок является метод высокочастотного (ВЧ) газоразрядного напыления при давлениях рабочего газа р ~ 1 торр [б]. Преимущество этого метода состоит в возможности получения кристаллических плёнок с заданными параметрами без их последующего отжига. Однако при напылении плёнок с оптимальными свойствами необходимы методы неразрушающего контроля процесса их напыления, высокочувствительные, экспрессные, дешёвые и не требующие сложной подготовки проб к анализу. Для развития технологии напыления многокомпонентных эпитаксиальных оксидных плёнок, наряду со структурными данными, необходимы сведения об изменении в ходе напыления элементного состава и качества их поверхностей.
В настоящее время для исследования процесса напыления плёнок имеется широкий набор методов, но эти методы зачастую сложны для широкого применения. Так, для исследования элементного состава можно
Плёнка в данном случае рассматривается, как «ненасыщенный объект». Критерий «ненасыщенное™» был приведён Г.В. Павлинским в работе [15]. Толщина ненасыщенного слоя выглядит следующим образом:
sin (р sin у
Подложка, являясь массивным объектом, будет испускать флуоресцентное излучение, интенсивность которого можно записать в виде:
Таким образом, с увеличением массы плёнок, интенсивности химических элементов подложек на РФА спектрах будут становиться всё меньше и меньше в соответствии с выражением (1.11). При толщинах плёнок, меньших к из формулы (1.10), поглощение будет отсутствовать вовсе. Между тем, формула (1.9) говорит о том, что интенсивность плёнки с увеличением её толщины или массы также должна возрастать. Таким образом, уменьшение интенсивностей аналитических линий элементов подложки и увеличение интенсивностей элементов плёнки свидетельствует о росте плёнки.
Также из выражений (1.5 - 1.8) следует преимущество РФА при малых углах падения первичного излучения, связанного с засветкой большего объёма плёнки и малой глубиной проникновения вглубь подложки.
k /Ц(я) , /44)

(1.10)
jux sin у/ + fj.{ sin (р (1Л1)
sin ср sm ц