8. Термическое вакуумное напыление
Сущность его заключается в нагреве вещества в вакууме до температуры, при которой возрастающая с нагревом кинетическая энергия атомов и молекул вещества становится достаточной для их отрыва от поверхности и распространения в окружающем пространстве. Это происходит при такой температуре, при которой давление собственных паров вещества превышает на несколько порядков давление остаточных газов. При этом атомарный поток распространяется прямолинейно и при столкновении с поверхностью испаряемые атомы и молекулы конденсируются на ней. При испарении в замкнутой системе между испарившимися и конденсируемыми частицами устанавливается динамическое равновесие, которому соответствует равновесное давление паров (насыщенный пар). Давление насыщенного пара зависит только от температуры: p = BT-1/2exp(-C/T). Температуру, при которой давление паров вещества над его поверхностью составляет 1,33 Па, называют температурой испарения вещества. Скорость испарения вещества vисп определяется количеством частиц, покидающих в единицу времени единицу поверхности испаряемого вещества. При молекулярном режиме испарения, когда давление остаточных газов мало (менее 10-2 Па), скорость испарения зависит от давления насыщенного пара и температуры испарения. Исходя из кинетической теории газов, скорость vисп определяют таким образом. Количество частиц v, испаряющихся за 1 с с единичной поверхности твердого или жидкого тела в вакууме, =nv. После столкновения атомов паровой фазы с подложкой могут происходить три явления: адсорбция, приводящая к окончательному оседанию атома, адсорбция, приводящая к реиспарению через некоторое время, отражение сразу после столкновения. Отражение обычно имеет небольшую вероятность. Вероятность реиспарения в единицу времени.
9. Конденсация пара и образование пленочной структуры. Недостатки метода ТВН
Третий этап - осаждение (конденсация) испаряемого вещества на поверхности подложки. Образующиеся тонкие пленки имеют физические свойства, существенно отличающиеся от свойств объемных образцов. При этом в процессе выращивания пленок экспериментаторы и технологи вынуждены контролировать целый ряд параметров, таких, как материал и структура подложки, ее температура, состав и давление пара, интенсивность его поступления. Чаще всего эти параметры подбирают эмпирически для получения требуемых параметров структуры и состава пленки. Процесс конденсации включает в себя следующие стадии: 1. Зарождение зерен - падающая частица после соударения с поверхностью удерживается на ней силами поляризации или химической связи. Возможно образование связанной пары. Поэтому первым этапом конденсации пленок считают адсорбцию.
2. Рост зерен - вокруг образовавшихся зерен начинают расти пространственные островки. В зависимости от температуры подложки они могут быть жидкими каплями или монокристаллами. Температура плавления островков на 2/3 меньше температуры плавления объемного материала.
3. Объединение островков. При пограничном контакте за счет разрушения границы и выделения при этом тепла островки расплавляются, а после слияния охлаждаются, образуя новый монокристалл. На монокристаллической подложке ориентация большинства островков повторяет ориентацию подложки. Межсоединения островков образуют сеть с пустотными каналами.
4. Заполнение каналов. Для каждой пары конденсат-подложка при заданной скорости осаждения существует критическая температура подложки, выше которой происходит рост кристаллически ориентированной пленки независимо от степени несовершенства исходного кристалла. Конденсация при температурах ниже критической приводит к разориентации структуры пленки и при низких температурах (порядка 1/3 температуры плавления объемного образца) получается аморфная структура.
недостатки метода ТВН, а именно: 1. Большой расход материала - конденсат осаждается не только на подложку, но и по всему объему камеры, что приводит еще и к необходимости ее регулярно чистить и дополнительно обезгаживать. 2. Невысокое качество получаемых пленок, наличие загрязнений и примесей, структурных неоднородностей. 3. Неравномерность получаемых пленок по толщине. 4. Невозможность распыления тугоплавких материалов, сплавов. 5. Невозможность распыления химических соединений. 6. Низкая адгезия получаемых пленок.
10. Ионное (катодное) напыление
Като́дное распыле́ние — разрушение поверхности твердого тела при бомбардировке ее ионами. Первоначально катодное распыление наблюдалось как разрушение катодов в электровакуумных и газоразрядных приборах. Катодное распыление осуществляется высокоэнергетичными ионами, которые приобретают необходимую энергию, ускоряясь в электрическом поле, и распыляют атомы материала катода. Распыление может происходить при постоянном токе или токе высокой частоты, в среде реакционного газа или без него, с напряжением смещения или без него, с дополнительным магнитным полем. Различают физическое и реактивное катодное распыление. При физическом распылении отсутствует химическая реакция; в качестве рабочих газов используют аргон или азот. Реактивное распыление основано на введении дополнительного (реактивного) газа, который, взаимодействуя с конденсируемыми атомами на подложке, способствует получению пленок с различными свойствами. Катодное распыление, с одной стороны, нежелательное явление, уменьшающее срок службы электровакуумных приборов; с другой стороны, оно имеет практическое применение для очистки поверхностей, выявления структуры вещества (ионное травление), нанесения тонких пленок, для получения направленных молекулярных пучков.
11. Ионно-плазменное напыление
Ионно-плазменное напыление-этот метод нанесения пленок является разновидностью катодного распыления, но в отличие от последнего распыление осуществляется не бомбардировкой катода возбужденными ионами тлеющего разряда, а бомбардировкой специальной мишени ионами плазмы газового разряда. Системы для ионно-плазменного напыления пленок называют трехэлектродными или триодными. Зажигание разряда осуществляют с помощью высокочастотного трансформатора Тесла, а при достаточно большом термоэлектронном токе разряд возникает сам или требуется лишь небольшое дополнительное повышение анодного напряжения. После возникновения разряда разрядный ток достигает нескольких ампер, а напряжение на аноде падает до 60-40 В, т.е. для разряда характерна падающая вольтамперная характеристика.Возникающие в разряде положительные ионы с низкой энергией бомбардируют подложку и удаляют с ее поверхности большую часть слабосвязанных загрязнений путем нагрева и «ионного травления». После этого на источник распыляемого материала (мишень) подается отрицательный потенциал. Вытягиваемые из плазмы разряда положительные ионы бомбардируют мишень с энергией, достаточной для распыления атомов материала мишени. При больших энергиях бомбардирующих ионов выбитые из мишени атомы движутся преимущественно в направлении, перпендикулярном ее поверхности, и могут быть сконденсированы на поверхности подложки, находящейся напротив мишени. Подвижный экран позволяет одновременно или последовательно предварительно очищать поверхности подложки и мишени путем распыления поверхностных загрязнений. Качество очистки поверхности мишени и особенно подложки является одним из важнейших факторов в процессе формирования пленки из конденсирующего распыленного материала.Большим преимуществом и-п н. является его универсальность-могут быть распылены металлы с различными свойствами.
12. Эпитаксия из газовой фазы
. Эпитаксия - процесс наращивания слоев полупроводникового материала с упорядоченной кристаллической структурой на ориентированной пластине. Эпитаксию можно подразделить на три вида: авто-, гетеро- и хемоэпитаксию. Выращиваемые слои могут повторять структуру пластины, например при выращивании кремния на кремнии, германия на германии. Они могут отличаться по структуре, например при выращивании кремния на сапфире, кремния на шпинели, кремния на оксиде бериллия. В основе выращивания пленок из газовой фазы лежат обратимые химические реакции, то есть используется возможность изменения направления реакции в зависимости от температуры. В зоне источника химические реакции идут с образованием летучих химических соединений, содержащих кристаллизуемое вещество. Затем летучие соединения за счет конвекции переносятся в зону конденсации, где происходит обратная химическая реакция с выделением кристаллизуемого вещества.
13. Критерий Джексона
По Джексону, нормальный рост и послойный определяются в условиях близких к равновесным, структурой поверхности. Джексон использует модель, учитывающую ближайшие связи, и полагает, что присоединившиеся частицы свободно располагаются на поверхности. Было вычислено изменение свободной энергии в зависимости от доли атомных мест, занятых на поверхности при равновесной температуре. Кривая 1, имеет минимум свободной энергии, – из всех возможных позиций заполнена половина, шероховатая поверхность. На кривой 3, наоборот, минимум свободной энергии отвечает случаям, когда из всех возможных мест занято либо очень мало, либо почти все – гладкая поверхность. Кривая 2 промежуточный случай. 18 Все кристаллы могут иметь шероховатые поверхности, но не у всех поверхность должна быть гладкой.
14. Жидкофазная электроэпитаксия
. Эпитаксия из жидкой фазы в основном применяется для получения многослойных полупроводниковых соединений, также является основным способом получения монокристаллического кремния.Готовится шихта из вещества нар ащиваемого слоя, легирующей примеси (может быть подана и в виде газа) и металла-растворителя, имеющего низкую температуру плавления и хорошо растворяющий материал подложки.Процесс проводят в атмосфере азота и водорода (для восстановления оксидных плёнок на поверхности подложек и расплава) или в вакууме(предварительно восстановив оксидные плёнки). Расплав наносится на поверхность подложки, частично растворяя её и удаляя загрязнения и дефекты. После выдержки при максимальной температуре ≈1000С начинается медленное охлаждение. Расплав из насыщенного состояния переходит в пересыщенное и избытки полупроводника осаждаются на подложку, играющую роль затравки. Существуют три типа контейнеров для проведения эпитаксии из жидкой фазы: вращающийся (качающийся), пенального типа, шиберного типа.
15. Молекулярно-лучевая эпитаксия
эпитаксия, молекулярно-лучевая сокр., МЛЭ; МПЭ (англ. molecular beam epitaxy сокр., MBE) — наращивание на подложке монокристаллических слоев полупроводниковых веществ, заключающееся в осаждении испаренных компонентов на нагреваемую монокристаллическую подложку с одновременным взаимодействием между ними.
Описание
МЛЭ — разновидность эпитаксии как одного из нанотехнологических методов получения полупроводниковых гетероструктур.
Каждый нагреватель установки МЛЭ содержит тигель, являющийся источником одного из компонентов пленки. Температура нагревателей определяется величиной давления паров испаряемых веществ, которое должно быть достаточным для формирования соответствующих молекулярных пучков. Испаряемое вещество переносится на подложку в условиях высокого вакуума. Нагреватели располагаются так, чтобы максимумы распределений интенсивности пучков пересекались в плоскости подложки. Подбор температуры нагревателей и подложки позволяет получать пленки сложного химического состава. Повышение температуры подложки до определенного предела обычно приводит к повышению качества эпитаксиальных слоев. Дополнительное управление процессом наращивания слоев осуществляется с помощью заслонок, расположенных между нагревателем и подложкой и позволяющих прерывать или возобновлять поступление любого из молекулярных пучков на подложку. Установки МЛЭ снабжены шлюзами для смены образцов м могут содержать оборудование для анализа пленок in situ методами дифракции отраженных электронов, масс-спектрометрии и оже-спектрометрии с возможностью исследования оже-спектров распыленных ионов. Метод МЛЭ с использованием масок позволяет выращивать на поверхности локальные структуры различного рельефа.
16. Методы создания и переноса рисунка. Общие понятия
Литография-пр-сс созд-я или переноса геом. Рисунка (топологии) на пов-ть подложки. После разраб-ки архит-ры и моделир-я электрич-й схемы будущей микросхемы формир-т ее топол-й рис-к. Рисунок каждой топологии переносят на шаблоны-плоскопараллельные пластины из прозрач-го металл, на кот-х создан рисунок,состоящий из сочет-я прозрачных и непрозрачных для активного излуч-я участков, образующих топологию одного из слоев структуры прибора,многократно повторенных в пределах активного поля пластины.. Структ-ры и эл-ты будущей интегр-й схемы получ-т последовательным переносом топологич-го рисунка с каждого шаблона,уровень за уровнем и слой за слоем, на поверхность подложки и созданием соотв-й стр-ры. Для формиров-я изобр-я на поверхности подложки использ-т спец. Материалы – резисты,чувствительные к активному излучению и наносимые на поверх-ть подложки. После обраб-ки активным излуч-м пленка резиста претерпевает физ.-хим. изменения,вслед-е кот-х становится устойчивой к возд-ю агрес-й среды. Термин «перенос рисунка» относ-ся к переводу рисунка,созданного маскирующим слоем,на пленку или подложку с использованием хим. и физ. методов,обеспечивающих формир-е поверхностного рельефа. Методы переноса рисунка подразделяются на субтрактивные и аддитивные. Суб-й метод заключ-ся в осаждении пленки,литографическом покрытии ее маскирующим слоем с рисунком и удалении травлением немаскированных участков пленки. При адд-м методе на подложку сначала наносится маскирующий слой,в кот-м создается рисунок соответствующей поверхности конфигурации,после чего на маску и не защищенные ею участки подложки осаждается путем селективного травления маскирующего слоя,так что пленка,покрывающая маску,будет поднята и удалена с поверхности подложки.
17. Литографические резисты. Их основные характеристики
Резисты органические материалы, чувствительные к воздействию какого-либо излучения: оптического (фоторезисты), рентгеновского (рентгенорезисты), потока электронов или иного (электроно- или ионорезисты). Применяют в литографии для формирования заданного рельефного рисунка на поверхности печатной формы и ее защиты от воздействия травителей.
18. Фотолитография
Фотолитогра́фия — метод получения определённого рисунка на поверхности материала, широко используемый в микроэлектронике и других видах микротехнологий, а также в производстве печатных плат. Один из основных приёмов планарной технологии, используемой в производстве полупроводниковых приборов.
Суть процесса фотолитографии сводится к тому, что вначале на обрабатываемую поверхность наносится тонкая фоточувствительная полимерная пленка (фоторезист). Затем эта пленка засвечивается через фотошаблон с заданным рисунком. Далее проэкспонированные участки удаляются в проявителе. Получившийся на фоторезисте рисунок используется для таких технологических этапов планарной технологии, как травление, электроосаждение, вакуумное напыление и другие. После проведения одного из этих процессов оставшийся, не удаленный при проявлении, фоторезист также удаляется.
Принципиальное отличие фотолитографии от других видов литографии заключается в том, что экспонирование производится светом (видимым или ультрафиолетовым), тогда как в других видах литографии для этого используется рентгеновское излучение (рентгеновская литография), поток электронов (электронно-лучевая литография) или ионов (ионно-лучевая литография) и другое.
Наименьшие размеры деталей рисунка, достижимые в фотолитографии (разрешение), определяются: длиной волны используемого излучения, качеством применяемой при экспонировании оптики, свойствами фоторезиста и достигают 100 нм. Применение специальных методов (иммерсионная литография) теоретически позволяет получить разрешение до 11 нм
19. Рентгеновская литография
Рентгеновская литогра́фия — технология изготовления электронных микросхем; вариант фотолитографии, использующий экспонирование (облучение) резиста с помощью рентгеновских лучей.
Рентгеновская литография использует мягкое рентгеновское излучения с длиной волны 0.4-5.0 нм. Пучок рентгеновских лучей пропускается через шаблон и экспонирует слой резиста. Оптическими элементами рентгеновских литографических установок могут быть отражающие зеркала (рефлекторы) на основе наногетероструктур со слоями Ni-C, Cr-C, Co-C, Mo-C, W-C и зонные пластинки; в качестве шаблонов используются тонкие (1 мкм и меньше) металлические мембраны. Многослойные рентгеновские зеркала обеспечивают брэгговское отражение при условии d = λ/(2sinΘ), где d — период структуры и Θ — угол скольжения. При перпендикулярном падении излучения Θ = 90° и период d = λ/2, поэтому толщина каждого слоя в рентгеновском зеркале равна примерно λ/4 или 1 нм.
Рентгенолитография, как и оптическая литография, осуществляется путём одновременного экспонирования большого числа деталей рисунка, но коротковолновое рентгеновское излучение позволяет создавать рисунок с более тонкими деталями и более высоким разрешением.
Благодаря малой длине волны рентгеновского излучения методы рентгенолитографии обладают высокой разрешающей способностью (~ 10 нм). По сравнению с электронно-лучевой и ионно-лучевой литографией в рентгеновской литографии малы радиационные повреждения формируемых структур и высока производительность благодаря возможности одновременной обработки больших площадей образца. Рентгеновская литография отличается большой глубиной резкости и малым влиянием материала подложки и её топографии на разрешающую способность.
20. Источники мягкого рентгеновского излучения для рентгеновской литографии
Рентгеновская литография является разновидностью оптической бесконтактной печати, в которой длина волны экспонирующего облучения лежит в диапазоне 0.4 - 5 нм. Несмотря на то, что при рентгеновской литографии используется бесконтактная экспонирующая система, проявление дифракционных эффектов уменьшено за счет малой длины волны рентгеновского излучения.Основная причина разработки метода рентгеновской литографии заключалась в возможности получения высокого разрешения и в то же время высокой производительности оборудования. Кроме того, за счет малой величины энергии мягкого рентгеновского излучения уменьшается проявление эффектов рассеяния в резистах и подложке, следовательно, нет необходимости в коррекции эффектов близости.Поскольку рентгеновские лучи практически не поглощаются загрязнениями, состоящими из компонентов с малым атомным номером, то наличие загрязнений на шаблоне не приводит к возникновению дефектов рисунка на резисте. Кроме того, вследствие низкого поглощения рентгеновского излучения рентгеновский резист большой толщины может быть однородно экспонирован на всю толщину, в результате чего в его объеме у окон формируются вертикальные стенки, точно повторяющие рисунок шаблона.Так как изготовление рентгеновских оптических элементов связано с определенными трудностями, применение рентгеновской литографии ограничено теневой печатью. Разрешение, получаемое при использовании метода рентгеновской литографии, ограничено геометрическими эффектами. Рентгеновская литография обеспечивает наилучшие условия для достижения субмикронного разрешения при высокой производительности обработки пластин. При использовании существующих резистов и рентгеновских источников пластины полностью могут быть экспонированы за 1 минуту с разрешением <0.5 мкм
21. Использование синхротронного излучения и его преимущества
Синхротронное излучение - это электромагнитное излучение электронов или позитронов, ускоряемых в циклических ускорителях
1) непрерывный спектр от инфракрасного до рентгеновской области; • 2) высокая интенсивность; • 3) острая направленность;
Преимущества перед ренгеновским излучением
1)Можно исследовать более тонкие слои вещества
2)Проводить анализ неставильных веществ
3)Широкий спектр излучения от глубокого УФИ до
глубокого ИФИПолучение синхротронного
излучения
Синхротронное излучение получают с помощью ускорителей
22. Электронная литография. Проекционная и сканирующая
Электро́нная литогра́фия или электро́нно-лучева́я литогра́фия — метод нанолитографии с использованием электронного пучка.
Остросфокусированный электронный пучок, отклоняемый магнитной системой, прорисовывает нужные конфигурации на поверхности чувствительного к электронному облучению резиста, нанесенного на подложку. Управление электронным пучком производится изменением токов в отклоняющих магнитных системах, управляемых компьютером.
При проекционной электронолитографии используется вакуумная камера, внутри которой расположена электронная пушка. Электронная пушка представляет собою трехслойный фотокатод. Основу фотокатода составляет кварцевая пластина, которая прозрачна для ультрафиолетовых лучей. На поверхности кварцевой пластины в масштабе 1:1 образован рисунок из слоя, непрозрачного для ультрафиолетового излучения (хрома, диоксида титана). Поверх этого слоя нанесена пленка материала с высокой фотоэмиссией (палладий, иодид цезия). Фотокатод со стороны кварцевой пластины облучают ультрафиолетом, вследствие чего с участков противоположной стороны, не покрытых маскирующей пленкой, излучаются фотоэлектроны. Далее они ускоряются электрическим полем и с помощью фокусирующей системы проецируют изображение фотокатода на слой электронорезиста. Возможно проекционное экспонирование с уменьшением. При уменьшении размеров элементов возрастает время экспонирования, так как луч небольшого сечения возможно получить только при маленьких токах луча.
Сканирующая электронная литография осуществляется сфокусированным электронным лучом. Теоретически возможно получить луч диаметром около 1 нм, но из-за несовершенства фокусирующих систем, его диаметр значительно больше.
При растровом сканировании луч перемещается по всей поверхности кадра. Он включается и выключается в нужных местах в зависимости от запрограммированной топологии.
Более производительным является метод векторного сканирования: луч перемещается, включается и выключается только в местах, соответствующих элементу топологии.
Основными преимуществами методов сканирующей электронной литографии является: высокая разрешающая способность (0,2...0,3 мкм), которая ограничена свойствами электронорезистов; точность совмещения 0,05 мкм, возможность корректировки эффектов, вызванных искривлением пластин.
Основной недостаток этих методов – низкая производительность вследствие большого времени экспонирования. При уменьшении диаметра луча необходимо снижать его ток и увеличивать количество строк сканирования.
23. Электронно-оптическая система для электронной литографии. Совмещение
. Для непосредственного создания рисунка на шаблоне или подложке исп-ся сканирующие сис-мы,управляемые ЭВМ,кот-я задает прог-му перемещ-я остросфокусированного пучка электронов по поверх-ти подложки,управляет электронно-оптической системой формирования и настройки луча и обеспечивает прецизионное совмещение фрагментов изображения. Перемещ-е сфокусированного электронного пучка может осущ-ся растровым или векторным способом. Для формир-я электронного луча исп-ся электронно-оптическая сис-ма, выполненная в виде электронно-оптической колонны. Сис-ма состоит из термокатода, венельта(электрод,служащий для формир-я прикатодного облака электронов),двух диафрагм,уменьшающей линзы,гасящего электрода, проекционной линзы, ЭОС (электронно-лучевая отклоняющая система), и подложки. Для соответствия отдельных фрагм-в рисунка общему изобр-ю применяются методы совмещения. Для этого каждый фрагмент рисунка, соотв-й одному растру электронного луча снабжен спец-ми реперными метками – участками пов-ти, отличающимися по каким-либо физич-м св-м от остальных уч-в и сохраняющими эти отличия во время всех технологических операций изготовления микросхемы. Необх-мо,чтобы эти отличия были распознаваемы с помощью инструментальных аналитических методов. Чаще всего в роли реперных знаков выступают геом. Фигуры из золотой пленки или вытравленные в подложке канавки особой конфигурации, легко распознаваемые инстр-ми методами. При взаимод-ии электр-го луча с ТВ. телом происх-т различные пр-ссы,кот-е могут использ-ся для идентиф-ции реперных меток.
24. Модель Каная в электронной литографии
В 1969 г. японский физик Каная, основываясь на идеях физика Томлина, которые тот высказал еще в 1913 году и уже тогда они вызывали сомнение, чего Каная не заметил, предложил первую модель, согласно которой электронный пучок проходил через слой резиста 1 не взаимодействуя с ним и углублялся в подложку 2, также с ней не взаимодействуя, двигаясь прямолинейно и без потери энергии до некоторой гипотетической глубины xd, достигнув которой электроны начинают расходится диффузно и изотропно по всему объему сферы, как это показано на рис.3.
Терять энергию электроны начинают монотонно и только после достижения ими глубины xd., что собствено и предложил Томлин. Вследствие потерь энергии та часть электронов, которая продолжает двигаться прямолинейно в первоначальном направлении, проникнет в подложку до некоторой глубиныxr, где электроны и локализуются вследствие потери энергии при проникновении в вещество подложки. Эту результирующую глубину проникновения Каная предложил вычислять по формуле:
, (2
Рис. 3 Модель Каная. 1 - резист, 2 - подложка
25. Модель прямого рассеяния в электронной литографии
Основана на предположении,что электроны,входя в резистную пленку,претерпевают рассеяние на малые углы перед входом в подложку. Это расс-е предполагается полностью упругим и потери энергии электроном игнорируются. Модель предполаг-т,что после акта рассеяния электрон начинает сразу же терять энергию. Среедний потенциал ионизации атомов в ЭЛГ трактуется как энергия,необх-я для осущ-я одного акта полимеризации или деструкции.
26. Модель обратного рассеяния в электронной литографии
27. Процессы энерговыделения в зоне электронного пучка в ЭЛГ
Для анализа реальных пучков, особенно в случае низковольтной электронолитографии необходимо рассмотреть процессы выделения энергии непосредственно в геометрической зоне пучка и распределение выделившейся энергии по толщине резиста. Ур-е Бете-Блоха связ-т интенс-ть энерговыделения dE/dx с энергией,кот-. Электрон имеет в этот момент, т.е. чем меньше эн-я эл-на,тем интенсивнее теряет он энергию. Тормозная способ-ть электро-в монотонно возраст-т по мере проникн-я электронного пучка вглубь резиста, при этом более интенсивные потери приходятся на все более глубокие слои резиста.При наличии большого числа электр-в часть из них вследствие имеющих место процессов рассеяния на большой угол не сможет двигаться далее в слой резиста и колич-во экспонирующих электр-в умень-ся.Т.о. по мере проникн-я электр-го пучка в глубь резиста возраст-т потери энергии электронами,но уменьш-ся их кол-во за счет рассеяния в зону геом-й тени из зоны электр-го пучка. В рамках закона Бете можно получить: R=1,9*10^16*(I^2/NZ)*Ei*(2ln(2Eo/I)). N – конц. Атомов в материале резиста, Ei интегральная показат-я ф-ция. Нормальный пробег – проекция полного пробега на направление первонач-го движ-я электрона до входа в тв. тело.
28. Эффект близости в электронной литографии
Эффекты близости - основная проблема электронной литографии. Эффекты
близости приводят к нежелательному экспонированию областей, в которые луч
непосредственно не направлялся. Эффекты близости проявляются как искажение
получаемого на подложке изображения вследствие упругого и неупругого рассеяния
электронов на подложке. Электроны, рассеянные на атомах подложки, проникают в
прилежащие к лучу области резиста, производя его дополнительное экспонирование и
вызывая тем самым размытие изображения. Различают внутренние и внешние эффекты
близости. Внутренние эффекты обусловлены рассеянием электронов, формирующих33
изображение непосредственно в данной области, а внешние - рассеянием электронов,
формирующих изображение в соседних областях. При энергии луча 25 кэВ и диаметре 1 мкм
полуширина области обратного рассеяния электронов составляет 5 мкм, а при энергии 50
кэВ достигает 15 мкм
29. Прецизионное травление в субмикронной технологии
Травление — группа технологических приёмов для управляемого удаления поверхностного слоя материала с заготовки под действием специально подбираемых химических реактивов. Ряд способов травления предусматривает активацию травящих реагентов посредством других физических явлений, например, наложением внешнего электрического поля при электрохимическом травлении, ионизацией атомов и молекул реагентов при ионно-плазменном травлении и т. п.
Термин «прецизионное травление» является относительным, потому что современные возможности обработки доступной технологией постоянно увеличивается. Следовательно, прецизионным можно считать дальнейшее развитие способности, необходимой для более точного травления, чем существующая на данный момент технология. В этом можно убедиться с помощью статистики и стандартных измерительных инструментов. Данные по техническим характеристикам можно получить, используя средство для типовых испытаний (IPC-9251). В целом, узкие межсоединения можно определить как оценку ширины линии, при которой производительность начинает падать. Следует отметить, что величину допустимого изменения производимых соединений («дорожек» проводящего рисунка печатной платы) обычно измеряют в процентах от размеров соединений, эта величина, как правило, определяется заказчиком совместно с производителем. Естественно, величина зависит от доступной производителю технологии травления печатных плат и производственных процессов.
30. Реактивное ионно-плазменное травление
Реактивное ионное травление (РИТ) - технология травления, используемая в микроэлектронике. Химически активная плазма используется для удаления материала с подложки. Плазма создаётся при низком давлении при помощи газового разряда. Поступающие из плазмы ионы ускоряются за счёт разности потенциалов между ней и подложкой. Совместное действие химических реакций, ионного распыления и ионной активации приводит к разрушению материала подложки, образованию летучих соединений и десорбции их с поверхности .
При проведении реактивного ионно-плазменного травления (синоним – реактивного ионного травления) обрабатываемые образцы находятся в контакте с плазмой и размещаются на электроде, подключенном к источнику ВЧ напряжения. Удаление материала происходит как за счет физического распыления ускоренными ионами химически активных газов, так и в результате химических реакций между свободными атомами и радикалами, образующими в плазме, и поверхностными атомами обрабатываемого материала. При проведении РИПТ физический и химический механизмы не являются независимыми: физическое распыление активирует поверхность материала, повышая скорость химических реакций, которые, в свою очередь, ослабляют химические связи поверхностных атомов, увеличивая тем самым скорость физического распыления. Поэтому скорости соответствующих процессов складываются неаддитивно, то есть количество материала, удаленного при одновременном протекании обоих процессов, больше суммы парциальных скоростей химической реакции и физического распыления.
31. Термическая диффузия
Сущность явления в том, что при наличии температурного градиента в смеси, состоящей из нескольких компонентов, возникает градиент концентраций.После изобретения термодиффузионной колонки термическую диффузию стали использовать для разделения смесей, трудноразделимых другими методами, в том числе нефтяных фракций. Термодиффузионные колонки состоят из двух цилиндров с зазором между ними 0,25—0,5 мм. Разделяемую смесь помещают в пространство между цилиндрами, один из которых нагревают, а другой охлаждают. При этом молекулы одного вещества перемещаются к холодной стенке или цилиндру и опускаются вниз, а молекулы другого компонента направляются к горячему цилиндру и концентрируются в верхней части колонки. Основные закономерности процесса: 1) к холодной стенке движется углеводород с наибольшим числом углеродных атомов и с наибольшей температурой кипения; 2) при одинаковой температуре кипения к холодной стенке направляется компонент с наименьшим молярным объемом; 3) при одинаковых молярных объемах и температурах кипения к холодной стенке движется компонент с наименьшей поверхностью молекул.
Как правило, термодиффузионному разделению подвергают сравнительно узкокипящие (25—50-градусные) фракции, предварительно разделенные на алкан-циклоалкановую и ареновую части. При термической диффузии насыщенных углеводородов в верхней части колонки концентрируются алканы, в средних фракциях — моно- и бициклоалканы и в последних термодиффузионных фракциях (в нижней части колонки) — полициклоалканы.
32. Ионное легирование. Общие представления и физические принципы
Ионное легирование — это технологическая операция введения примесей в поверхностный слой пластины или эпитаксиальной пленки путем бомбардировки ионами примесей.
Идея использования ионного пучка для легирования полупроводников (в частности, кремния) проста. Разогнанные электрическим полем, обладающие значитальной энергией ионы элементов, используемых обычно для создания примесной проводимости, внедряясь в кристалл полупроводника занимают в его решетке положение атомов замещения и создают соответствующий тип проводимости. Внедряя ионы III и IV групп в монокристалл кремния, можно получить p-n переход в любом месте и на любой прощади кристалла.
Основными блоками ионно-лучевой установки являются источник ионов, ионный ускоритель, магнитный сепаратор, система сканирования пучком ионов, мишень (пластина кремния).
Ионное легирование широко используется при создании БИС и СБИС. По сравнению с диффузией оно позволяет создавать слои с субмикронными горизонтальными размерами толщиной менее 0,1 мкм с высокой воспроизводимостью параметров.
33. Теория ЛШШ. Основные физические принципы
Для расчет пар-ов пр-сса ионного легирования наиболее точной является модель Линдхарда-Шарфа-Шиотта. В ее основу положены след. принципы и допущения: 1 В-во,с кот-м взаимод-т ускоренный ион, явл-ся однор-м,а атомы в нем расположены хаот-но. 2 Упр-е и неупр. Взаимод-я происх-т независимо др. от др.,а потери рассматр-ся на основе статистической модели атома Томаса-Ферми. 3 Упр. Взаимод-я можно рассмат-ть как парные,не учит-я измен-я сост-я внеш-х электронов в тв. теле и зарядовое сост-е иона.4 Потери в каждом акте взаимод-я намного меньше,чем энергия иона. Для расчета траекторного пробега R иона с энергией Е:(энергия и пробег ро и эпсиллон выражены в безразм-х единицах) R=ро/L; E=эпс./F. L – нормирующий множитель пробега, 1/см^3, F нормирующий множ. Энергии, 1/эВ.
34. Достоинства и недостатки метода ионной имплантации
Преимущества ионной имплантации по сравнению с термической диффузией примеси сводятся к следующему:
1. Процесс не требует нагрева пластин и, следовательно, не приводит к изменению параметров ранее сформированных слоёв (за счёт диффузионной разгонки).
2. Так как ионный пучок перпендикулярен к пластине, размеры легированной области точно соответствуют размерам окна в оксидной маске.
3. Количество введённой примеси точно дозируется (контролируется в процессе облучения).
Недостатком процесса ионной имплантации является то, что при постоянной энергии ионов невозможно получить глубоко залегающий переход с одновременным присутствием примеси на поверхности. В связи с этим на практике прибегают к одному из двух вариантов (рис. 12):
Рис. 12. Формирование глубоких профилей: а - ступенчатый процесс;
б - комбинирование имплантационной загонки с диффузионной разгонкой
1. Ступенчатый процесс. Непрерывное и глубокое распределение примеси от поверхности до перехода обеспечивается несколькими ступенями легирования при различных энергиях, причём первый (глубокий) профиль обеспечивает заданную глубину залегания p-n-перехода Хn, а последний (у поверхности) - необходимую поверхностную концентрацию N0 (рис. 12,а).
2. 2. Комбинированный процесс. Имплантационная загонка примеси при низкой энергии обеспечивает необходимую дозу легирования Q и присутствие примеси на поверхности, а диффузионная разгонка - заданную глубину залегания p-n-перехода Хn (рис. 6.12,б).
35.Термический отжиг
Отжиг. Представляет собой операцию термической обработки, заключающуюся в нагреве стали, выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении вместе с печью или в песке со скоростью 2-3° в минуту. В результате отжига образуется устойчивая структура, свободная от остаточных напряжений.
Отжиг является одной из важнейших массовых операций термической обработки стали.
Цель отжига:
1) снижение твердости и повышение пластичности для облегчения обработки металлов резанием;
2) уменьшение внутреннего напряжения, возникающего после обработки давлением (ковка, штамповка), механической обработки и т. д.;
3) снятие хрупкости и повышение сопротивляемости ударной вязкости;
4) устранение структурной неоднородности состава материала, возникающей при затвердевании отливки в результате ликвации;
5) изменение свойств наклепанного металла.
36. Просвечивающая электронная микроскопия
Просвечивающий (трансмиссионный) электронный микроскоп (ПЭМ, англ, TEM - Transmission electron microscopy) — устройство для получения изображения ультратонкого образца путём пропускания через него пучка электронов. Ультратонким считается образец толщиной порядка 0.1 мкм. Прошедший через образец и провзаимодействовавший с ним пучок электронов увеличивается магнитными линзами (объективом) и регистрируется на флуоресцентном экране, фотоплёнке или сенсорном приборе с зарядовой связью (на ПЗС-матрице).
Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) предполагает изучение тонких образов с помощью пучка электронов, проходящих сквозь них и взаимодействующих с ними.
Электроны, прошедшие сквозь образец, фокусируются на устройстве формирования
изображения: флюоресцентном экране, фотопластинке или сенсоре ПЗС-камеры.
Благодаря меньшей чем у света длине волны электронов ПЭМ позволяет изучать образцы с
разрешением в десятки тысяч раз превосходящим разрешение самого совершенного
светооптического микроскопа. С помощью ПЭМ возможно изучение объектов даже на
атомарном уровне. ПЭМ является одним из основных методов исследования в целом ряде
прикладных областей: физике, биологии, материаловедении и т.д
37. Подготовка образцов к исследованию в ПЭМ
Подготовка образцов для ПЭМ может быть комплексной процедурой. Они должны иметь толщину 20-200 нм. Высокое качество образцов будет при толщине сравнимой со средней длиной свободного пробега электронов в образце, которая может быть всего несколько десятков нанометров.
Материалы, имеющие достаточно малые размеры, чтобы быть прозрачными в электронном пучке, такие как порошки или нанотрубки, могут быть быстро приготовлены нанесением крошечного количества вещества на поддерживающую сетку или пленку.
Образцы материалов
Главная задача при подготовке образцов материалов — получить достаточно тонкие образцы с минимальными повреждениями структуры.
Механическое утончение
Для подготовки образцов может использоваться механическая полировка. Полировка должна быть высокого качества, чтобы быть уверенным, что образец имеет постоянную толщину в изучаемой области.
Химическое травление
Основная статья: Травление
Ионное травление
Как правило применяется в качестве финальной обработки после механического или химического утоньшения. Заключается в распылении материала образца бомбардировкой ионами инертных газов, обычно аргона.
Метод реплик
Получил широкое распространение на заре ПЭМ в связи со сложностью других методов пробоподготовки.
Биологические образцы
Биологические образцы должны быть обезвожены или заморожены (жидкая вода не совместима с вакуумом в микроскопе) и разрезаны на тонкие пластины.
Традиционный метод [
Традиционное приготовление биологических образцов для ПЭМ включает в себя процедуры, позволяющие сохранить морфологию тканей при их подготовке для наблюдения в условиях высокого вакуума. Образцы должны быть достаточно маленькими, чтобы позволить быстрое проникновение химических реагентов по всей толщине ткани (по крайней мере в одном из направлений их размер не должен превышать 0,7 мм).
38. Растровая электронная микроскопия. Основные принципы.
Растровый электронный микроскоп основан на использовании предварительно сформированного тонкого электронного луча (зонда), положением которого управляют с помощью электромагнитных полей. Это управление (сканирование) во многом аналогично процессу развертки в телевизионных кинескопах. Электронный зонд последовательно проходит по поверхности исследуемого образца.
Под воздействием электронов пучка происходит ряд процессов, характерных для данного материала и его структуры. К их числу относится рассеяние первичных электронов, испускание (эмиссия) вторичных электронов, появление электронов, прошедших сквозь объект (в случае тонких объектов), возникновение характеристического излучения. В ряде специальных случаев (люминесцирующие материалы, полупроводники) возникает также световое излучение.
Регистрация электронов, выходящих из объекта, а также других видов излучения (характеристического, светового) дает информацию о различных свойствах микроучастков изучаемого объекта. Соответственно этому системы индикации и другие элементы растровых микроскопов различаются в зависимости от вида регистрируемого излучения.
Синхронно с разверткой электронного зонда осуществляется построение изображения на мониторе компьютера (яркость пикселя на мониторе пропорциональна величине регистрируемого сигнала). Например, в случае работы растрового электронного микроскопа в режиме индикации тока вторичных электронов величина вторичного электронного тока определяет глубину модуляции яркости на мониторе компьютера. Растровый электронный микроскоп такого типа позволяет получить увеличение 5 – 1 000 000 крат при достаточной контрастности изображения.
Разрешающая способность растровых электронных микроскопов такого класса определяется диаметром электронного зонда и материалом образца и составляет 10 ангстрем.
39.Химический контраст в РЭМ
РЭМ-растровая электронная микроскопия. Изменения в сигнале определим как контраст С=дельтаS/Sуср., где д.S измен-е сигнала между 2 любыми точками на изображении, Sуср.-усредненный сигнал. Если в 2 точках сигналы различны по величине,то существует контрастность изображ-я между этими двумя точками и мерой контраста явл-ся величина С=(S1-S2)/Sуср.=дельтаS/Sуср. Контраст,зависящий о атомного номера элем-та(хим контр.) обусловлен наличием в образце областей, различающихся по своему хим. Составу, т.к. коэф-т отражения электронов n увелич-ся с возраст-м атомного номера материала мишени Z. Т.о. на изобр-нии многофазного объекта области с бОльшим сигналом будут соответ-ть участкам образца с бОльшим атомным номером,области с промежут-м ат.номером создают сигналы промежут-х уровней.
40. Топографический контраст в РЭМ
Наибольшее применение методы РЭМ получили для
изучения топографии поверхности. Этот тип контраста возникает за счёт влияния рельефа
поверхности на отраженные, и вторичные электроны и имеет большое сходство с
изображением, формируемым в световом микроскопе, и поэтому интерпретация его во
многом аналогична описанию контраста в оптическом микроскопе. Выше отмечалось, что
коэффициент вторичной эмиссии существенно зависит от ориентации образца по
отношению к падающему пучку, причем с ростом угла падения растет и коэффициент
вторичной эмиссии. С другой стороны, в рассеянии электронов присутствует
ориентационный эффект - наибольшее число отраженных электронов лежит в плоскости
падения и направлено в сторону движения первичных электронов (угол падения
приблизительно равен углу отражения). Следует подчеркнуть, что при формировании
топографического контраста в отраженных электронах преимущественную роль играет
ориентационный эффект, в то время как контраст во вторичных электронах обусловлен в
основном зависимостью η(θ). Интерпретация изображений рельефа поверхности,
получаемых с помощью РЭМ, относительно проста и может быть основана на обычных
приемах, используемых при анализе оптических микрофотографий. Однако качество
изображений, получаемых с помощью РЭМ, всегда выше, чем на оптических
фотографиях, так как в РЭМ значительно выше глубина резкости. Так при увеличении ×
500 глубина фокуса может достигать ∼ 0.5 мм, что в тысячи раз больше, чем в
оптическом микроскопе. Этот факт является очень важной отличительной особенностью
растрового микроскопа
Вольтовый контраст в РЭМ
Возникает за счет того,что траектории вторичных электронов очень чувствительны к возд-ю поверхностных потенциалов: полож-й потенциал затруднит попадание электронов на детектор, а отриц-й потенциал будет этому способствовать. Поэтому на интегральной схеме области с отриц. потенциалом будут более светлыми из-за изменения числа вторичных электронов, достигающих детектора. Вольтовый контраст исполь-ся для анализа отказов и обрывов в цепях микросхем. Но к сожалению изменяется только относительный контраст между двумя точками с разным потенциалом.,вопрос о непосредственном измерении абс-го потенц-ла пока не решен, т.к. трактории вторичных электронов очень чувствительны к воздействию поперечного эл. Поля,кот-е ускоряет электроны в направлении,паралл-м поверхности образца.
42. Контраст в режиме наведенного тока в РЭМ
Контраст в режиме наведенного тока возникает в результате рекомбинации воз- буждаемых электронным пучком носителей в локальных участках полупроводника. К факторам, определяющим контраст и разрешение метода наведенного тока, можно отнести коэффициент диффузии (D), диффузионную длину (Lдифф), местоположение дефекта исследуемой структуры, а так же область генерации электронно-дырочных пар[2]. Для анализа ширины области пространственного заряда и уменьшения влияния диффузионных процессов на контраст и разрешение при визуализации дефектов мож- но разделить носители подачей на образец обратного смещения.
43. Магнитный контраст 1 рода в РЭМ Магнитный контраст 2 рода в РЭМ
Контраст, возникающий из-за перераспределения
вторичных низкоэнергетических электронов во внешнем магнитном поле над
поверхностью образца, получил в литературе название магнитного кантраста первого
рода. Магнитный контраст второго рода образуется в результате взаимодействия
первичных электронов с магнитным полем внутри образца, когда под действием силы
Лоренца происходит отклонение электронов, причем в соседних 180-градусных доменах -
в противоположную сторону. Соответствующим наклоном образца можно так изменить
путь электронов, что возникнет асимметрия контраста в соседних доменах.
Магнитный контраст возникает за счет того, что магнитное
поле, присущее некоторым материалам, может воздействовать на
сам процесс взаимодействия первичного электронного пучка с
этими материалами или на результат этого взаимодействия. В РЭМ
эти магнитные эффекты могут быть использованы для создания
контраста изображения областей с различным направлением на-
магниченности (магнитных доменов). В настоящее время известны
два механизма формирования изображения:
магнитный контраст I рода, возникающий вследствие взаи-
модействия эмиттированных образцом низкоэнергетиче-
ских вторичных электронов с внешними полями рассеяния
над поверхностью образца;
магнитный контраст II рода, являющийся результатом взаи-
модействия высокоэнергетических электронов зонда с
внутренним полем образца.
45. Оже-спектроскопия
Оже-спектроскопия — метод электронной спектроскопии, основанный на анализе распределения по энергии электронов возникших в результате Оже-эффекта.
По способу получения информации о поверхности методы анализа делятся на эмиссионные, в которых используется эмиссия частиц в результате воздействия на поверхность различных факторов (температура, электрическое поле), и зондирующие, основанных на эмиссии частиц или излучения, действующие на исследуемую поверхность. Метод электронной оже-спектроскопии относится к зондирующим методам. Он основан на анализе распределения энергии электронов, эмитированных исследуемым веществом под действием пучка первичных электронов, и выделении из общего энергетического спектра тех, которые возникли в результате оже-процесса. Их энергия определяется энергетической структурой оболочек атомов, участвующих в процессе, а ток в первом приближении — концентрацией таких атомов.
Оже-процессы проявляются при бомбардировке поверхности твердого тела медленными электронами с энергией E от 10 до 10000 эВ. Бомбардировка твердых тел в вакууме сопровождается вторичной электронной эмиссией. В состав вторичных электронов, эмитируемых, кроме собственно вторичных электронов, входят упруго- и неупругорассеянные первичные электроны.
46. Рентгеновский микроанализ
– метод исследования строения тел,использующий явление дифракции рентгеновских лучей. Этот метод исслед-я стр-ры вещества по распределению в простр-ве и интенсивностям рассеянного на анализируемом объекте рентгеновского излучения.Т.К. длина волны рентгеновского излучения сопоставима с размерами атома и постоянной решетки крист-го тела, при облучении кристалла рентгеновским излучением будет наблюдаться дифр-я картина, кот-я зависит от длины волны используемых рентг-х лучей и строения объекта. Методами рентг-го анализа исслед-т металлы, сплавы,минералы,неорганич. и органич. соедин-я, полимеры, аморфные материалы, жидкости и газы, молекулы белков, нукл-х кислот и т.д. Этот метод явл-ся осн-м методом определ-я структуры кристаллов,дает наибольшую инф-цию. В ходе рент. Ан-за исслед-й образец помещают на пути рентг-х лучей и регистрир-т дифракц-ю картину, возникающую в рез-те взаимод-я лучей с вещ-м. На след этапе анализ-т дифр-ю реш-ку и расчетным путем устанавл-т взаимное располож-е частиц в простр-ве, вызвавшее появление данной картины. Рентгеногониометр-прибор,с пом-ю кот-го можно одновр-но оегистрир-ть направление дифрагированных на исследуемом объекте лучей и положение образца в момент возникн-я дифракции.
47. Спектроскопия обратного рассеяния Резерфорда
Спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния — разновидность спектроскопии ионного рассеяния, основанная на анализе энергетических спектров ионов He+ или протонов с энергией ~1-3 МэВ, рассеянных в обратном направлении по отношению к исследуемому образцу.
Спектроскопия резерфордовского обратного рассеяния, как и спектроскопия ионного рассеяния, позволяет получать информацию о химическом составе и кристалличности образца как функции расстояния от поверхности образца (глубины), а также о структуре поверхности монокристаллического образца. Основной особенностью метода является использование высокоэнергетических ионов, проникающих глубоко внутрь твердого тела и рассеивающихся обратно от глубоко лежащего атома. Энергия, потерянная ионом в этом процессе, представляет собой сумму двух вкладов. Во-первых, это непрерывные потери энергии при движении иона вперед и назад в объеме твердого тела (так называемые потери на торможение). Скорость потери энергии на торможение (stopping power, dE/dx) для большинства материалов хорошо известна, что позволяет перейти от шкалы энергий к шкале глубин. Во-вторых, это разовая потеря энергии в акте рассеяния, величина которой определяется массой рассеивающего атома.
Для исследования структуры монокристаллических образцов с помощью спектроскопии резерфордовского обратного рассеяния используется эффект каналирования. Эффект заключается в том, что при ориентации пучка ионов вдоль основных направлений симметрии монокристаллов те ионы, которые избежали прямого столкновения с атомами поверхности, могут проникать глубоко в кристалл на глубину до сотен нм, двигаясь по каналам, образованным рядами атомов. Сравнивая спектры, полученные при ориентации пучка ионов вдоль направлений каналирования и вдоль направлений, отличных от них, можно получить информацию о кристаллическом совершенстве исследуемого образца. Из анализа величины так называемого поверхностного пика, являющегося следствием прямого столкновения ионов с атомами поверхности, можно получить информацию о структуре поверхности, например, о наличии на ней реконструкций, релаксаций и адсорбатов.
48. Ионный микроанализ и ионная масс-спектрометрия
метод локального анализа. основанный на регистрации масс-спектров вторичных ионов с микроучастков пов-сти твердых тел. Исследуемый образец в вакууме бомбардируют сфокусированным пучком первичных ионов, диаметр пучка 1-100 мкм, энергия 10-15 - 10-16 Дж, плотн. тока 0,1-10 А/м2). Первичные ионы при взаимод. с пов-стью упруго и неупруго рассеиваются, перезаряжаются, испытывают многократные соударения с атомами твердого тела. При этом часть атомов вблизи пов-сти получает энергию, достаточную для их эмиссии в вакуум в виде нейтральных частиц (катодное распыление) или в виде вторичных ионов (вторичная ионная эмиссия). Интенсивность эмиссии вторичных ионов i-го элемента сильно зависит от параметров первичного ионного пучка (типов ионов, их энергии, плотности тока), анализируемой пробы (характера хим. связей, физ. свойств, потенциала ионизации атомов, работы выхода электронов бомбардируемой пов-сти и др.), давления и состава остаточных газов в приборе. Величина Ii характеризуется величиной вторичного ионного тока (в А) или скоростью счета импульсов (имп/с). Дифференц. выход вторичных ионов gi = Ki/Сi, где Ki = Ni+(-)/N0, представляет собой отношение числа испускаемых вторичных ионов Ni+(-) к числу первичных ионов N0, Сi - концентрация i-го элемента в пробе. Прибор для ионного микроанализа - ионный микроанализатор - состоит из источника первичных ионов, вакуумной камеры, статич. и динамич. масс-анализаторов и системы регистрации вторичных ионов. Из источников первичных ионов наиб. распространен дуоплазмотрон с горячим или холодным катодом.
49. Ионный микроскоп Мюллера и ионная микроскопия
Ионный проектор — (англ. field ion microscope, FIM, полевая ионная микроскопия, автоионная микроскопия) — микроскопия поверхности образца, имеющего форму острой иглы, основанная на использовании эффекта полевой десорбции атомов «изображающего» газа, адсорбирующихся на исследуемую поверхность. В отличие от ионного микроскопа является безлинзовым прибором.
Ионный проектор был изобретен Э. Мюллером в 1951 г. Основными её элементами служат образец в виде острой иглы, находящийся под высоким положительным потенциалом (1-10 кэВ), и флуоресцентный экран, в современных установках замененный на микроканальную пластину, которые помещаются в откачиваемую камеру. Камера заполнена «изображающим» газом, обычно гелием или неоном при давлении от 10-5 до 10-3 торр. Образец охлаждается до низких температур (~20-80 К).
Изображающий газ вблизи иглы поляризуется в поле, а поскольку поле неоднородно, то поляризованные атомы газа притягиваются к поверхности иглы. Адсорбированные атомы могут ионизироваться за счет туннелирования электронов в иглу, и образовавшиеся ионы ускоряются полем в сторону экрана, где и формируется изображение поверхности-эмиттера. Разрешение полевого микроскопа определяется термической скоростью изображающего иона и при охлаждении иглы до низких температур может составлять до 0,1 нм, то есть иметь атомное разрешение.
Ограничения на материал иглы те же, что и для электронного проектора; вследствие этого большинство исследований с помощью ионного проектора связано с тугоплавкими металлами (W, Mo, Pt, Ir). Наиболее яркие результаты, полученные с помощью автоионной микроскопии, относятся к исследованию динамического поведения поверхностей и поведения атомов на поверхности. Предметом изучения служат явления адсорбции и десорбции, поверхностная диффузия атомов и кластеров, движение атомных ступеней, равновесная форма кристалла и т. д.
50. Туннельная и атомно-силовая микроскопия
Атомно-силовой микроскоп (АСМ, англ. AFM — atomic-force microscope) — сканирующий зондовый микроскоп высокого разрешения. Используется для определения рельефа поверхности с разрешением от десятков ангстрем вплоть до атомарного.
В отличие от сканирующего туннельного микроскопа, с помощью атомно-силового микроскопа можно исследовать как проводящие, так и непроводящие поверхности. Ввиду способности не только сканировать, но и манипулировать атомами, назван силовым.
Сканирующий туннельный микроскоп (СТМ, англ. STM — scanning tunneling microscope) — вариант сканирующего зондового микроскопа, предназначенный для измерения рельефа проводящих поверхностей с высоким пространственным разрешением.
