Исследование эффектов зарядки массивных диэлектриков и диэлектрических микроструктур электронными пучками средних энергий

• Автор: Андрианов, Матвей Валентинович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 133 с. : ил.

Введение

Глава 1. Зарядка диэлектрических мишеней электронными пучками средних энергий

1.1. Вторичная электронная эмиссия на твердотельных диэлектриках

1.2. Физический механизм процесса зарядки диэлектриков электронным пучком средних энергий

1.3. Временные характеристики зарядки и релаксации зарядов в облучнных диэлектриках

1.4. Методы определения поверхностных потенциалов и зарядов на диэлектрических структурах
1.4.1. Электроннозеркальный метод измерения потенциала поверхности и накопленного заряда в РЭМ

1.4.2. Другие методы определения потенциала поверхности заряженного диэлектрика

Глава 2. Физические аспекты изучения эффектов зарядки диэлектриков при электронном облучении
2.1. Основные положения процесса зарядки диэлектриков электронными пучками с энергией 1 кэВ
2.1.1. Рассмотрение на основе зависимости коэффициента эмиссии электронов от энергии облучающего пучка
2.1.2. Электростатическое рассмотрение на основе модели двойного слоя заряда
2.2. Влияние тока утечки на потенциал зарядки и на положение второй кроссоверной точки энергии Ег
2.3. Влияние эффекта контаминации поверхности при электронном облучении
2.4 Расчт электростатического поля, возникающего в пространстве при облучении диэлектриков электронным пучком
2.4.1. Расчт возвратных полей потенциальных барьеров
2.4.2. Моделирование траекторий ускоренных вторичных электронов в поле заряженного диэлектрика в РЭМ
Глава 3. Результаты исследований зарядки диэлектриков при электронном облучении
3.1. Постановка экспериментов и методики исследований
3.1.1. Экспериментальное устройство для измерения высоковольтных потенциалов
3.1.2. Методика измерения токов утечки, смещения и аккумулированного заряда
3.1.3. Сравнительный анализ с методом оценки Уэ по рентгеновским спектрам
. Определение характеристических параметров зарядки диэлектриков
3.2.1 Полиметилметакрилат ПММА
3.2.2 Монокристалл 0г
3.2.3 Стекло
3.2.4 АЬОз поликристаллический, аморфный, сапфир
3.2.5 ЫаС
3.2.6 Монокристалл М0
3.2.7. Алмаз природный
3.3. Определение времени зарядки, плотности ловушек и полного заряда, аккумулированного при электронном облучении
3.4. К вопросу о контрасте изображений диэлектрических структур в РЭМ
3.4.1. Механизм формирования контраста изображения микроструктуры, находящейся под слоем диэлектрической плнки
3.4.2. Аномальный контраст на диэлектриках псевдозеркальный эффект
Основные результаты и выводы
Список литературы


Существование двух различных кроссоверных энергий первичного пучка электронов, где суммарный коэффициент эмитированных электронов равен единице одна критическая энергия соответствует незаряженному диэлектрику, другая заряженному до равновесного потенциала. Комбинированный электроннозондовый метод определения высоковольтных и индуцированных потенциалов, токов смещения и утечки, величины аккумулированного заряда, плотности ловушечных центров и постоянных времени зарядки диэлектрических мишеней. Дискуссионные положения и возможные объяснения аномальности зарядовых характеристик ряда диэлектрических материалов уменьшение тока утечки для ряда диэлектриков при повышении поверхностного потенциала, увеличение постоянной времени зарядки при уменьшении энергии первичных электронов. Новые типы формирования контраста изображений в растровой электронной микроскопии диэлектрических структур. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ИПТМ РАН и кафедры физической электроники МГУ им. М.В. Российская конференция по электронной микроскопии Черноголовка, . В первой главе дан обзор публикаций по исследованию процессов зарядки диэлектриков электронными пучками. В течение длительного времени значительное внимание уделялось экспериментальным и теоретическим исследованиям пространственного распределения накопленного заряда, величины и знака индуцированного поверхностного потенциала, распределения встроенного электростатического поля, кинетики нарастания и релаксации зарядов в диэлектриках. Однако изза сложности и неоднозначности проблемы в целом многие результаты носят оценочный, приблизительный, а иногда и противоречивый характер. Причм, как правило, эта величина выше при измерениях коэффициента вторичной электронной эмиссии ВЭЭ в зависимости от энергии первичных электронов пучка, чем при нахождении второй кроссоверной точки, как функции потенциала поверхности. Причины этих разногласий и противоречий до сих пор не вполне понятны, а их трактовка усугубляется тем, что исследования проводились различными методами и в различных условиях экспериментов. Во второй главе рассматриваются физические аспекты зарядки диэлектриков при электронном облучении. В первой части этой главы рассмотрен механизм зарядки диэлектриков на основе зависимости коэффициента эмиссии электронов от энергии облучающего пучка и на основе модели двойного слоя зарядов. Во второй части главы рассматриваются влияние тока утечки диэлектриков на поверхностный потенциал. Третья часть главы посвящена влиянию эффекта контаминации при облучении электронным пучком диэлектриков на положение второй критической энергии. В четвртой части главы проведено математическое моделирование электростатических полей возникающих при зарядке диэлектриков и моделирование траекторий электронов в этих полях. В третьей главе приведены результаты исследований зарядки диэлектриков при электронном облучении. В первой части этой главы приводится схема экспериментальной установки и методика постановки экспериментов. Во второй и третьей частях главы приведены результаты исследования диэлектриков. Четвртая часть посвящена вопросам формирования контраста изображения диэлектрических структур в РЭМ. Глава 1. При облучении поверхности образца пучком электронов с энергией Ео из образца эмитируются электроны. На рис. Рнс 1. Спектральное распределение эмитированных мишенью электронов под воздействием облучения первичным пучком. В до Ео обратноотражнные электроны ОЭ. В группу обратноотражнных электронов входят электроны, которые испытали неупругие взаимодействия с материалом мишени с потерей энергии и упруго отражнные электроны, пик которых показан в правой части спектра. Энергетическое распределение ВЭ в основном зависит от энергии первичных электронов и характеризуется наиболее вероятной энергией а также полушириной шириной пика ВЭ на уровне равном, половине максимального значения. Оба этих параметра ,и полуширина пика ВЭ зависят от материала поверхности образца. Полуширина пика ВЭ для диэлектриков меньше, чем для металлов и очень сильно зависит от состояния тонкого приповерхностного слоя см. Так для металлов величина д. В, а полуширина составляет от 3 до эВ. ЕЕгАЕЕ,У, 1. ЕР уровень Ферми, А работа выхода.