Угловые распределения атомов при распылении одно- и двухкомпонентных материалов

• Автор: Патракеев, Андрей Станиславович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Глава 1. Распыление одно- и двухкомпонентных материалов (обзор литературы)

1.1. Характеристики распыления

1.2. Распыление однокомпонентных мишеней

1.3. Распыление многокомпонентных мишеней

1.4. Формирование нанорельефа под действием ионного облучения

Глава 2. Угловые распределения атомов при распылении кремния и германия

2.1. Постановка задачи

2.2. Методика эксперимента

2.2.1. Изучение угловых распределений распылённых атомов

2.3. Компьютерное моделирование

2.4. Угловые распределения атомов при распылении монокристаллов кремния и германия

Глава 3. Угловые распределения атомов при распылении сплавов NixPdy
3.1. Постановка задачи
3.2. Подготовка мишеней
3.3. Относительный выход компонентов
3.4. Измерение относительного выхода компонентов при распылении NiPd5 с помощью рентгеновского микроанализа
3.5. Исследование влияния ионного облучения на состав поверхности NixPdy с помощью Оже-спектроскопии
3.6. Определение вклада различных атомных слоев
Глава 4. Формирование нанорельефа на поверхности Si и Ge при облучении ионами Аг+ с энергией 10 кэВ
4.1. Постановка задачи
4.2. Изучение топографии поверхности
4.3. Формирование нанорельефа
Выводы
Литература

Актуальность темы.
Изучение угловых распределений атомов, распылённых ионами с энергией Е0 = 1-10 кэВ, представляет большой интерес для теории распыления и многочисленных приложений. Этот диапазон энергий лежит между припороговой областью, в которой основным механизмом распыления является первичное выбивание, т.е. распыление поверхностных атомов за счет удара непосредственно бомбардирующими ионами, и областью высоких энергий, где преобладает распыление за счёт каскада атомных столкновений. В кристаллических материалах возможны механизмы распыления, обусловленные упорядоченным расположением атомов мишени. Указанные механизмы распыления действуют, как правило, одновременно, конкурируя друг с другом, и отделить их один от другого в условиях эксперимента крайне сложно.
Линейная каскадная теория распыления Зигмунда, предполагающая изотропный каскад атомных столкновений в бесконечной неупорядоченной среде, предсказывает угловое распределение распылённых атомов по закону косинуса с максимумом эмиссии в направлении нормали к поверхности: 7 ~ сое#, где в - угол эмиссии. Однако многочисленные экспериментальные исследования и расчеты, выполненные методом компьютерного моделирования, показали, что угловое распределение распыленных атомов

зависит от параметров пучка и сорта мишени и может сильно отличаться от косинусного. С учётом этого был предложен ряд поправок к теории, но вопрос о природе углового распределения распыленных атомов оказался настолько сложным, что предпринятых усилий оказалось явно недостаточно.
Большой интерес в этой связи представляет изучение распыления кремния и германия, которые, как известно, становятся аморфными уже на начальной стадии ионного облучения. Это позволяет исключить из рассмотрения механизмы, связанные с упорядоченным расположением атомов, и изучать роль механизмов первичного выбивания и каскадного распыления. Следует, однако, отметить, что первые эксперименты по распылению кремния и германия ионами аргона в интервале энергий 1-10 кэВ дали противоречивые результаты: авторами были получены как надкосинусные (7 ~ cos”в, п > 1), так и подкосинусные (п < 1) угловые распределения. В связи с этим возникла необходимость проведения новых экспериментальных и компьютерных исследований в этой области.
Дополнительную информацию о механизмах формирования углового распределения эмитированных частиц можно получить при изучении распыления двухкомпонентных мишеней. Уже первые исследования в этой области обнаружили нестехиометричный выход компонентов по углу эмиссии. Теоретически было показано, что на формирование потока атомов существенное влияние должен оказывать градиент концентрации компонентов в двух верхних слоях мишени. Была также высказана идея о существенном влиянии радиационно-стимулированной сегрегации Гиббса (РССГ), что
в настоящей главе. С целью интерпретации экспериментальных данных проводилось компьютерное моделирование распыления указанных материалов.
2.2. Методика эксперимента
Экспериментальная часть работы проводилась на сверхвысоковакуумной ионно-лучевой установке. Образцы облучались сепарированным по массе пучком ионов Аг+ по нормали к поверхности. Диаметр пучка на мишени составлял 1,5 мм. Давление остаточных газов в камере образца не превышало 10'8 торр. Плотность тока в зависимости от энергии пучка составляла 0,05-^0,15 мА/см2, а флуенсы бомбардирующих ионов были выше 1017 ион/см2. Температура мишени в процессе облучения была близка к комнатной, что значительно меньше температур отжига дефектов. Более подробно установка описана в [83]. Остановимся на описании методов измерения угловых распределений атомов, применявшихся в диссертационной работе.
2.2.1. Измерение угловых распределений распылённых атомов
Для измерения угловых распределений применялась коллекторная
методика [3]. Радиус полуцилиндрического коллектора составлял 15 мм
целью удаления поверхностных загрязнений перед установкой в камеру
коллектор очищался в органических растворителях в ультразвуковой ванне.
Анализ напылённого материала проводился на электростатическом ускорителе
ЭГ-8 НИИЯФ МГУ с помощью метода резерфордовского обратного рассеяния