Основные закономерности зарядки диэлектриков и сегнетоэлектриков электронами средних энергий

• Автор: Татаринцев, Андрей Андреевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. Современное представление механизма зарядки диэлектрических мишеней

под воздействием электронного облучения (Обзор)

1.1 Обобщенное рассмотрение физических процессов, сопутствующих зарядке диэлектриков

1.1.1 Модель образования дипольного слоя зарядов

1.1.2 Модель равновесных токов в механизме зарядки диэлектрика

1.2 Исследование характеристик зарядки пленочных диэлектриков как функции их толщины

1.3 Динамика процесса зарядки непроводящих мишеней электронными пучками

1.4 Влияние вытягивающего поля коллектора на ток эмиссии 1а и тем самым

на поверхностный потенциал

Глава 2. Методы и аппаратура для комплексного исследования процесса зарядки
диэлектрических мишеней. Экспериментальные результаты
2.1 Электроппо-зондовый комплекс для одновременных измерений параметров зарядки в РЭМ
2.2 Моделирование и расчет электростатических полей локально заряженных мишеней
2.3 Зависимость потенциала зарядки диэлектриков и изолированных металлов от угла падения пучка электронов
2.4 Характеристика зарядки диэлектрических плёнок в зависимости от их толщины
2.5 Комплексные исследования эффектов зарядки полимерного резиста (ПМ-МА) при электронной литографии
2.6 Контраст изображений локально заряженных диэлектриков в растровой электронной микроскопии
Глава 3. Уточнение основных закономерностей механизма зарядки диэлектрических мишеней при электронном облучении
3.1 Критический анализ отдельных аспектов существующих результатов исследований процесса зарядки диэлектриков электронными пучками
3.2 Результаты комплексных измерений фундаментальных параметров зарядки массивных диэлектриков
3.3 Описание нового сценария зарядки диэлектриков
3.4 Специфика механизма зарядки сегнетоэлектриков
Основные результаты и выводы
Литература

Введение
Повышенный интерес, проявляемый в последнее время к исследованию зарядки диэлектрических мишеней под воздействием электронного облучения, обусловлен решением ряда научных и прикладных задач, прежде всего в таких областях как электронная литография и микроскопия, нанометрия, космонавтика, ядерная энергетика, микроэлектроника. В большинстве случаев зарядка является паразитным эффектом. Например, при космических исследованиях зарядка диэлектрических компонент на космических аппаратах под воздействием электронной радиации является основной причиной выхода из строя спутников и станций (более 25'/. от общего числа катастрофических отказов).
В электронио-зондовой нанометрологии и электронной литографии зарядка диэлектрических пленок в точках облучения генерирует значительные локальные электростатические поля, под воздействием которых электронный зонд частично расфокусируется и, что более важно, отклоняется вблизи поверхности облучаемого образца. Этот эффект вызывает в литографии неконтролируемые изменения ширины засвечиваемых линий и расстояний между близлежащими элементами. Но как в теоретических моделях, так и экспериментах наблюдаются значительные противоречия в интерпретации результатов исследований, связанных с очень сложным механизмом зарядки диэлектриков, в котором одновременно происходит ряд самосогласующихся процессов: аккумуляция зарядов, вторичная электронная эмиссия, радиационно-стимулированные токи, релаксация носителей, образование сильных внутренних полей и т.д. Без учета любого из этих явлений картина зарядки диэлектриков не является исчерпывающей, приводит к противоречиям и даже ложным выводам.
Эти обстоятельства обуславливают актуальность комплексного изучения электронно-индуцированных процессов зарядки, при котором одновременно определяется ряд кинетических характеристик, сопутствующих процессу зарядки диэлектриков.
Основными задачами и целью диссертационной работы является:
— разработка электронно-зондового диагностического комплекса на базе растрового электронного микроскопа (РЭМ) для проведения одновременных измерений всех

-9 -6 -3 0 3 6
X, мкм

X, мкм

Рис. 1.25. (а) Эквипотенциальные линии вблизи поверхности исследуемого образца при вытягивающем поле 400 В/мм. (б) Часть детектируемого спектра, (в) и (г) соответствует вытягивающему полю 1000 В/мм.
детектироваться, зависит как от их первоначальной энергии так и от направления их эмиссии. Рассмотрим траектории двух вторичных электронов с одинаковой начальной энергией 1,5 эВ показанных па рисунке 1.25 (а). Траектория (а) вторичного электрона с углом вылета 0 = 20° от нормали, проходит близко к минимуму потенциального барьера (эквипотенциальная линия ~ 3,8 В), расположенному непосредственно над центральным проводником и вдет к детектору. С другой стороны, электрон, вылетевший под углом в = 60°, следует траектории (б) и возвращается на поверхность. При косинусом распределении вторичных электронов, только часть спектра ВЭ достигают детектора (рисунке 1.25(6)). За счет увеличения вытягивающего поля можно устранить влияние локального потенциальный барьер. На рисунке 1.25(с) вытягивающее поле 1000 В/мм позволяет всем вторичным электронам, выходящих из центра положительно смещенного проводника, достигать детектора. Для меньшей ширины линии проводника при большом положительном напряжение на проводниках, требуются еще более высокие вытягивающее поля, чтобы извлечь все ВЭ из поверхности тестируемого устройства. Однако такие сильные поля могут приводить к увеличению тока утечки в интегральных микросхемах по поверхности за счет инверсии слабо легированных областей и эффекта зарядки, где измерения осуществляются на диэлектрической поверхности; практический верхний придел для вытягивающего поля составляет около 1000 В/мм. При таких ограничениях,