Развитие методов микротомографии и определение средней энергии электронов, отраженных от многослойных микроструктур

• Автор: Сеннов, Руслан Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Оглавление.
Введение
Глава I

Некоторые характеристики взаимодействии электронного пучка с твердым телом обзор

1.1. Зависимость коэффициента отражения электронов от параметров мишени и

условий эксперимента.

1.2. Обобщенный коэффициент отражения электронов для структуры пленка

подложка.

1.3. Зависимость средней отраженной энергии от атомного номера Ъ материала

мишени и коэффициента отражения т.

1.4. Сравнительный анализ сигналов ОРЭ от слоистых структур в РЭМ.

1.5. Пространственное разрешение в катодолюминесцентной микроскопии.
Глава II
Определение средней энергии электронов, отраженных от однородных и слоистых структур
2.1. Методика измерений средней энергии отраженных электронов.
2.2. Зависимости средней энергии отраженных электронов от атомного
номера Ъ материала однородной мишени и от углов падения и отражения.
2.2.1. Характеристики как функции от г.
2.2.2. Зависимости от угла падения электронов и от угла детектирования
2.3. Средняя энергия электронов, отраженных от свободной пленки.
2.4. Средняя энергия электронов, отраженных от системы пленкаподложка.
2.4.1. Общие закономерности и результаты экспериментов.
2.4.2. Расчет средней отраженной энергии электронов от структуры
пленка на подложке.
2.5. Средняя энергия электронов, отраженных от заряженных диэлектриков.
Глава III
Усовершенствование метода и аппаратуры для электронной
микротомографии
3.1. Расчет оптимальных параметров и модернизация тороидального
спектрометра ОРЭ.
3.2. Модуляционный принцип детектирования сигнала как способ повышения
контраста и качества сепарации в ОРЭтомографии.
3.3. О контрасте изображений подповерхностных микроструктур,
визуализируемых в обратнорасссяиных электронах в РЭМ.
3.3.1. Контраст изображений слоистых микроструктур при стандартных
экспериментах.
3.3.2. Контраст изображений в ОРЭ при томографической постановке
экспериментов.
3.4 Оценки локатьных толщин пленок в многослойных структурах по
спектрам ОРЭ.
3.4.1. Обоснование метода измерений.
3.4.2. Результаты исследований.
3.4.3. Сравнение экспериментальных спектров ОЭ с рассчитанными
методом Монте Карло.
Глава IV
Катодолюминссцентная микротомография на основе эллипсоидальной оптики в растровой электронной микроскопии
4.1. Основные принципы метода КЛ томографии.
4.2. Моделирование светового транспорта КЛ излучения в эллипсоидальном
зеркале.
4.3. Результаты расчетов распределения КЛизлучения.
4.4. Ограничения метода и пути повышения контраста изображений и
разрешения по глубине в конфокальной КЛмикротомографии.
Выводы
Список литературы


Обнаружен и экспериментально подтвержден эффект аномального роста значения средней отраженной энергии на слоистых структурах, заключающийся в том, что средняя энергия отраженных электронов комплексной слоистой структуры может достигать значений, превосходящих значения энергий для составляющих ее элементов, независимо от их атомного номера Ъ. Предложена и разработана новая экспериментальная методика повышения качества и контраста получаемых томографических снимков путем модуляции рабочего напряжения усовершенствованного спектрометра обратнорассеянных электронов. Показана необходимость учета средней энергии отраженных электронов при определении ко1гграста изображений. Предложена модель, объясняющая немонотонность, инверсию и экстремумы на характеристиках контраста как в стандартных, так и томографических постановках эксперимента, и дающая возможность определить условия получения оптимального контраста изображений. Обоснован и реализован оценочный метод нахождения толщин пленок в многослойных структурах по аномалиям экспериментальных спектров обратнорассеянных электронов. Метод применим для экспресс-оценок в прямых томографических исследованиях микроструктур для определения глубины залегания и толщины подповерхностных микровключений (с погрешностью не более %). На базе применения отражательного эллипсоида вращения с большим отношением полуосей и апертурной диафрагмы предложен и обоснован новый метод катодолюминесцентной микротомографии в РЭМ. Расчеты показали, что пространственное разрешение по предложенному методу может быть улучшено более чем на порядок (до долей микрометра), а "информационный объем" т. Вначале кратко рассмотрим основные положения процессов рассеяния и отражения электронов, происходящих при взаимодействии облучающих электронов средних энергий (1- кэВ) с твердым телом [1, 2, 3], которые будут необходимы в дальнейшем, при изложении результатов исследований настоящей работы. Авогадро, р - плотность, 2 - атомный номер, А -атомная масса материала мишени соответственно, Е - энергия электрона, ео -диэлектрическая постоянная, У = 9. В) - средняя потеря энергии электроном при различных взаимодействиях (средний потенциал ионизации). В соотношении (1. Л^р/Л) = N определяет число атомов в единице объема [см'3]. Упругое рассеяние электрона характеризуется дифференциалы! Ф, т. Важными характеристиками в сканирующей микроскопии является также глубина проникновения электрона в образец и размеры области диссипации энергии. Ж _ 2яе*ЫА грьҐІ,6Е аК “ (4яє0? Д = — с/? Ь - начальная энергия электронов пучка. Е0. Si —Si -А-Си -Т-Аи —¦—РММА —? Рис. Зависимости глубины пробега электронов для ряда материалов от энергии Ео и атомного номера вещества Z при Ео— и кэВ. В]. На рис. До для ряда элементов как функции от Ео* а также как функции от 7, при ? В. На вставке дается картинка области взаимодействия электронного пучка с пленкой и с массивным образцом. Размеры области генерации отраженных электронов довольно значительны и зависят от длины пробега электронов в материале образца. Протяженность этой области возрастает с увеличением ускоряющего первичные электроны напряжения и уменьшения среднего атомного номера 2 элементов, входящих в состав образца и может изменяться от 0,1 до мкм (при энергиях первичных электронов Ео в интервале 0. В). Электроны, потерявшие в процессе отражения часть энергии, покидают образец на относительно больших расстояниях от места падения электронного зонда. Соответственно площадь, с которой получают си шал, будет существенно больше сечения зонда. Поэтому разрешение РЭМ в режиме регистрации отраженных электронов больше диаметра электронного зонда и изменяется от десятков нанометров при работе с невысокими ускоряющими напряжениями и тяжелыми материалами мишени до сотен нанометров при работе с большими ускоряющими напряжениями и легкими материалами. Важной особенностью эмиссии отраженных электронов является се зависимость от атомного номера элементов 2. Если 2 вещества в точке падения первичного пучка электронов мал (легкие атомы), то образуется меньшее количество отраженных электронов с относительно малой энергией. Рис. Зависимость коэффициента отражения электронов ц от атомного номера элементов Z.