Исследование закономерностей формирования волнообразных микро- и наноструктур ионными пучками на поверхности кремния

• Автор: Лепшин, Павел Анатольевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Ярославль
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Волнообразный микрорельеф на поверхности полупроводниковых материалов, инициируемый ионной бомбардировкой
1.1. Волнообразный микрорельеф на поверхности кремния
1.2. Волнообразный микрорельеф на поверхности арсенида галлия
1.3. Волнообразный микрорельеф на поверхности других материалов
1.4. Анализ модельных представлений образования волнообразного микрорельефа
Глава 2. Зависимость процесса образования волнообразного микрорельефа на поверхности кремния от условий воздействия ионов 02+ и N2+
2.1. In situ регистрация стадий модификации поверхности кремния
при ионной бомбардировке
2.2. Зависимость процесса образования волнообразного микрорельефа от энергии ионов и угла бомбардировки
2.3. Температурная зависимость процесса образования волнообразного микрорельефа
2.4. Морфология волнообразного микрорельефа и геометрия волны
в системе N2+
2.5. Взаимосвязь длины волны волнообразного микрорельефа с глубиной распыления
Глава 3. Волнообразный микрорельеф и процессы взаимодействия
ионов N2+ с поверхностью кремния
3.1. Состав поверхности в системе N2+
3.2. Угловая зависимость коэффициента распыления
кремния ионами азота
3.3. Область существования волнообразного микрорельефа в координатах “энергия - угол бомбардировки”
3.4. Влияние исходной топографии поверхности на процесс образования волнообразного микрорельефа
3.5. Исследование модифицированного слоя в системе N2+ - Si
3.6. Обсуждение свойств волнообразного микрорельефа
Глава 4. Волнообразный микрорельеф, инициируемый пучком ионов
N2+, в тонкослойных структурах на основе кремния
4.1. Волнообразный микрорельеф в структуре кремний- на-диэлектрике
4.2. Волнообразный микрорельеф в тонкослойных структурах диэлектрик/кремний
4.3. Волнообразный микрорельеф на заданном микроучастке поверхности кремния
4.4. Пространственная когерентность волнообразного микрорельефа
Выводы
Приложение №
Определение зависимости угла бомбардировки ионной пушки
от угла наклона плоскости образца Р в РЭОС PHI
Приложение №
ИОС и ЭОС регистрация стадий модификации поверхности
кремния ионными пучками
Приложение №
Закономерности изменения оже- эмиссии электронов с поверхности
кремния при формировании волнообразного микрорельефа
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Задача формирования волнообразных микро- и наноструктур на поверхности кремния ионными пучками возникла под влиянием двух основных факторов.
Первым фактором явился возрастающий интерес к физике и технологии структур субмикронного и, в особенности, нанометрового масштаба [1]. Однако минимальные размеры элементов при использовании традиционных литографических методов их формирования ограничены ~ 100 нм. В случае создания наноструктур в диапазоне 10 ч-100 нм с помощью техники остро сфокусированных ионных пучков или зондовой сканирующей микроскопии (АСМ, СТМ) имеются серьезные ограничения, связанные с производительностью. Более того, применение указанных способов становится нереальным для формирования массивов наноструктур с высокой плотностью элементов. Альтернативный вариант решения проблемы создания массивов наноструктур на поверхности полупроводниковых материалов может базироваться на явлении самоорганизации, т.е. на спонтанном формировании наноструктур, происходящем при определенных условиях воздействия на поверхность [2,3].
Явление самоорганизации поверхности твердых тел в виде волнообразного микрорельефа (ВМ) под действием низкоэнергетичной ионной бомбардировки и стало вторым фактором, стимулирующим появление настоящего исследования. Однако, несмотря на то, что одно из первых упоминаний о ВМ на кремнии датируется 1977 годом [4], интерес к нему и, соответственно, информация были крайне ограничены. Определенное оживление картины произошло через 10 лет в 1988 году [5], когда данный тип топографии поверхности попал в поле зрения специалистов, использующих ионные пучки в методах послойного анализа полупроводниковых материалов. Арсенал пучков от ионов инертных газов расширился до химически активных ионов (Сб+, 02+, N2"), а наряду с кремнием

Глава 2 Зависимость процесса образования волнообразного микрорельефа на поверхности кремния от условий воздействия
ИОНОВ N2+ и 02+
Отражение процесса рельефообразования на поверхности в уровне вторично-ионной эмиссии является крайне благоприятным фактором в плане оперативного накопления информации по зависимости этого процесса от экспериментальных условий. Однако, как отмечалось при обзоре литературы, получение совокупности зависимостей от основных экспериментальных параметров на установках вторично-ионной масс- спектрометрии крайне затруднено. Вместе с тем известно, что ионная бомбардировка поверхности твердого тела инициирует как ионную, так фотонную и электронную эмиссию [69, 70]. Последняя может не только характеризовать состав поверхности при ионной бомбардировке, но и реагировать на образование микрорельефа. В электронных спектрометрах, оснащенных ионной пушкой, бесполевой характер эмиссии обеспечивает наряду с независимым изменением энергии ионов и угла бомбардировки также возможность вариации температуры образца в широком диапазоне. Реализация экспериментов на электронном спектрометре в условиях сверхвысокого вакуума может оптимальным образом отвечать задачам настоящего исследования, а сам спектрометр будет являться базовым инструментом в работе.
2.1. In situ регистрация стадий модификации поверхности кремния при ионной бомбардировке.
В настоящей работе эксперименты по исследованию взаимодействия пучков ионов 02 и N2’ с поверхностью пластины Si (марки КЭФ-4,5 (100)) выполнены на