Разработка физических основ исследования моноатомного слоя поверхности полупроводников ионами низких и гипертермальных энергий

• Автор: Саблин, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 184 с. : ил.

Введение
Глава 1. Взаимодействие ионов низких и гипертермальных энергий с поверхностью полупроводников (обзор)

1.1. Роль внешнего моноатомного слоя поверхности

полупроводников в электронной технике

1.2. Сравнение методов анализа поверхности

1.3. Способы вычисление результата столкновения частиц

1.4. Потенциалы взаимодействия и сечения рассеяния,

1.5. Аппаратные и физические факторы, влияющие на форму и положение пиков в спектре

1.6. Теоретическое описание эффекта нейтрализации ионов,

1.7. Особенности взаимодействия ионов с поверхностью в гипертермальном диапазоне энергий
1.8. Аппаратура для проведения исследований с помощью ионов
низких и гипертермальных энергий,
Выводы
Глава 2. Описание эксперимента и программного обеспечения, разработанного для вычисления результатов взаимодействия ионов с атомами поверхности
2.1. Экспериментальная установка
2.2. Экспериментальные результаты
2.3. Потенциалы взаимодействия
2.4. Программные средства и алгоритмы, используемые для моделирования результата взаимодействия частиц
2.4.1. Описание пакета программ
2.4.2. Вычисление параметров рассеяния по формулам рассеяния
2.4.3. Алгоритмы моделирования взаимодействия иона с атомами динамическим методом
2.4.4. Вычисление результата взаимодействия иона с движущимся
атомом
Примечание
Выводы

Глава 3. Определение физического механизма рассеяния ионов гипертермальных энергий без потерь энергии
3.1. Взаимодействие с атомами
3.1.1. Особенности построения траекторий парного взаимодействия по формулам классического рассеяния
3.1.2. Особенности взаимодействия с движущимся атомом
3.1.2.1. Сравнение траекторий движения частиц при взаимодействии с неподвижным и движущимся атомом
3.1.2.2. Парное взаимодействие с сохранением начальных энергий частиц
3.1.2.3. Вычисление сечения рассеяния и определение максимальной и минимальной возможных энергий рассеяния иона
3.1.2.4. Расчет пика парного упругого рассеяния от движущегося с тепловыми энергиями атома
3.1.3. Условия сохранения энергии при многократном малоугловом рассеянии
3.1.4. Взаимодействие иона с цепочкой атомов
3.1.5. Выводы
3.2. Рассеяние поверхностью
3.2.1. Рассеяние поверхностным зарядом
3.2.2. Условия сохранения энергии при многоатомном рассеянии
3.2.3. Взаимодействие с потенциальным полем поверхности
3.2.3.1. Модель стационарных кластеров
3.2.3.2. Модель динамических кластеров
Выводы
Глава 4. Исследование физических процессов на поверхности
полупроводников
Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение. Алгоритмические схемы

Введение
Большое количество физических процессов, протекающих в современных приборах, связано с поверхностью полупроводниковых материалов, её характеристиками и откликом на внешние воздействия [1, 2]. Широкое распространение тонкопленочных технологий, гетероструктур, а также нанотехнологий [3] привело к необходимости изучения влияния интерфейсов (границ раздела, поверхности) на параметры изготавливаемых приборов. Физические свойства поверхности, особенно полупроводников, принципиально отличаются от свойств объема [4, 5]. Наличие границы раздела, которая может быть и внутренней в случае контакта материалов с разными физическими свойствами (например, полупроводник-металл), приводит к изменению пространственного расположения атомов на поверхности и электронного распределения в приповерхностной области [6]. В случае многокомпонентных материалов концентрации элементов на поверхности могут существенно отличаться от объемных. Состав моноатом-ного слоя поверхности оказывает влияние на величину работы выхода, высоту потенциального барьера и, в случае полупроводниковых материалов, определяет изгиб зон. Совершенство структуры этого слоя сказывается на стабильности характеристик прибора. Таким образом, изменение состава и структуры моноатомного слоя поверхности позволяет формировать электронные свойства полупроводникового материала, используя в качестве модифицирующих материалов металлы и диэлектрики [7]. Это позволяет создавать гетероструктуры, свойства которых принципиально не могут быть получены при использовании свойств объема полупроводников. Поэтому получение как можно более полной информации о составе, структуре, состоянии поверхности и протекающих на ней физических процессах является важной научной задачей [8].
Для диагностики состава и структуры моноатомных пленок используются методы электронной и рентгеновской спектроскопии, а также ме-

Рис. 8. Эффект экранирования: а) формирование конуса затенения траекториями движения рассеивающегося иона; б) экранирование нижележащих атомов [29]