Способ автоионномикроскопического измерения профилей пробегов имплантированных в металлы ионов
СПОСОБ АВТОИОННОМИКРОСКОПИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ ПРОБЕГОВ ИМПЛАНТИРОВАННЫХ В МЕТАЛЛЫ ИОНОВ, тг-« включающий последовательное импульс-нов испарение образца электрическим полем, регистрацию имплантированных ионов, удаленных за время одного испаряющего импульса, и определение профиля пробега ионов по их суммарному числу за число импульсов, соответствующее удалению одного, атомного слоя образца, отличающийс я тем, что, с целью повьипещй точности измерений, после каждого ш пульса дополнительно регистрируют удаленные атомы образца, а число импульсов для удаления одного атомного i слоя определяют по моменту спада зависимости числа атомов образца от (Л d числа импульсов до нулевого значения . X 25 21} /5 О5 О СХ) 00 W 6 78 9 Фиг.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (191 сг» (g) 4 Н 01 7 37/285
ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕ
К АВТОРСКОМ .К СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изоБРетений и ОткРытий (21) 3685991/24-21 (22) 03.01.84 (46) 15.12 ° 85. Бюл. 11- 46 (72) А.Л. Суворов, А.Ф. Бобков и Н.Е. Лазарев (53) 621.385.833(088.8) (56) 1. Методы анализа поверхности, /Пер. с англ. под ред. П.Зандерна.
M.: p, 1979, с. 401.
2. Amano J. et al., "Range profiles of low-energy. (100-1500 eV)
implanted Не апй Не atoms in tungэ 1
sten, "Philosophical Magazine" ч. 44А, 1981, р. 177. (54)(57) СПОСОБ АВТОИОННОМИКРОСКОПИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ ПРОБЕГОВ
HMIIJIAHTHP0BAHHbIX В МЕТАЛЛЫ ИОНОВ, «р ЮО включающий последовательное импульс- . ное испарение образца электрическим полем, регистрацию имплантированных ионов, удаленных за время одного испаряющего импульса, и определение профиля пробега ионов по их суммарному числу за число импульсов, соответствующее удалению одного атомного слоя образца, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьнпен и точности измерений, после каждого им" пульса дополнительно регистрируют удаленные атомы образца, а число импульсов для удаления одного атомного слоя определяют по моменту спада зависимости числа атомов образца от числа импульсов до нулевого значения.
1160880
Изобретение относится к области лвтоионной микроскопии и радиационной физики твердого тела и предназначено для О: ределения профилей пробегов низкоэнергетичных ионов B металлах и сплавах, Известен способ антоионномикроскопического измерения профилей пробегов имплянтиронанных в металлы ионов, Включающий последовательное импульсное испарение полем материала образца, вывод но времяпролетнь(й масс-анализатор Одновременно порядка
1(2-20 ионов и дискриминиронаннув регистрацию детектором масс-спектро." метра ионов только определенного типл, H длнпоы случае имплантиронанного негrестнл 11) . Способ предполагает периопический ?!впуск ?з вакуумную с.стему прибора изображающего газа "дпя каптроля копичеcтна испаренных пoJ(cм лтомнь!х слОен 06pB3UR, Недостатком спосОба являются бОльшие временные затраты, связанные с необходимо:тью частого периодическоI o ?!Яцуска и Откачки изображающего глзл., л также пизклл точность анали3:!., Иоследнее особеппо усугубляется
В тОм сл чяе если изуча!0тся прОфили пробегов газа„ который используется и н качестве изображающего (например, гелия, .- тогда погрешность достигает
" .00-150Ê), Илиболее близким по техническои (ущност! к предлагаемому является способ .Ян I OH011Hloмикроско((и -."еского измерения профипей пробегов имплян!нРОН ЛИП((?Х Б М(ТЛЛЛЬ(КО -30B НКЛ(ОЧЯ10
ЩИЙ 1?О< (ЕДОВ ЯТЕЛЬ!ГОЕ ИЬ}ПУЛЬ СНОЕ HC
?1лпе" (ие Оi)пазця 3)lект}111?(еским !(Олем
jJ(? HCTi;B?? !Oral II! ll(JIл Кт ИрОВ ЯН}(ЫХ ИОНОВ удялс}п(ых зл Вр мя одного испяряющего 1!мпу.(3>ся, и Определение профиля пробе} Я ионов по их суммарному числу зл числО импульсон, соответствующее уца!!(?H !0 0,.11301" О лто(IHGI О спОЯ Образ цл }21, "посОО предполагает одиократ-?}o" }(яб}1в}(ен!(е янт(1!30HHQ i o изобрлх(е " н1!л 1 л нл lлЛ?В1!Ом этлпе анализа с тем., ч гобь(о?(еп((ть каче тнс ис;-<Одной по.— нерхнОсти Обнл зцл ?< е" кри13изпу Il
НЫ.3 Е T!I и Ч I 3н ЛХ???3 Я НУХ<НУ}0 КРIIСТ Л?(Лl!—
u скую грлнь. Длл?.,Не(?1}}и?1 лцялиз предполяг-"å. !. 3!Ногокра! 1(00 импульсное ис ;(лp.-.llиt".- многих Ятоь-;пь?х с„ !c!Сн Обp(13ЦЯ причем их количество 1„ Оценивается
Волька по соотнетс г!3у(0щеь?у . Ic a; 13}-}? (!(ь(О 3 и В пред!(О?101?(е! ии, что 1(а(5
1О
<и
Зг
Д(2
5О является определенной функцией Г„ (3,3 и и (д7 — амплитуда испаряющего импульса).
Способ характеризуется высокой производительностью анализов, Его основной недостаток — низкая точность измерений, на уронне 50-1507.
Целью изобретения является повышение точности измерений, Указанная цель достигается тем, что в способе автоионномикроскопичес" кого измерения профилей пробегов имплантированных в металлы ионов, включающем последовательное импульсное испарение образца электрическим полем, регистрацию имплантированных ионов, удаленных за время одного испарявщего импульса, и определение профиля пробега ионов по их суммарному числу за число импульсов, соот-! (етствующее удалению одного атомного слоя образца, после каждого импульса дополнительно регистрируют удаленные атомы образца, а число импульсов для удаления одного атомного слоя определяют по моменту спада зависимости числа атомов образца от числа импульсов до нулевого значения.
Иа фиг. 1 приведена зависимость
Отношения амплитуды испаряющего импульса }}7 к потенциалу образца V от о
Величинь(последнего в случаях испарения полем одного атомного слоя за
2 или 3 (кривая 1) и 5 или 6 (кривая 2) импульсов; заштрихованные области соответствуют погрешностям определения g V u V с учетом того факта, что напряженность поля наилучшего отображения поверхности образца имеет неопределенность +15K.
Ил фиг. 2 приведен пример зависимости числа 11д испаренных полем и удаленных за пределы диафрагмы за один импульс атомов образца от числа 11И импульсов для разных размеров
Х эондового отверстия (значения определяют число атомо?з грани, одновременно проходящих сквозь зондовое отверстие и могут составлять от 3 до 35). Зависимость получена из серии автоионных изображений грани (011) вольфрамового образца при — 8.0 кБ и gV = 1,45 кВ.
Сущнос ть изобретения заключается
В следующем.
1>„чя измер33ния профилей пробегов имплантированных в металл ионов какого-либо Вещества необходимо опре11Ü0880 делить количество и атомов этого вещества во многих следующих один за другим параллельных слоях металла.
Сами профили — это зависимость и от удаленности соответствующего слоя от поверхности, т.е. n = f(x), где
М х — расстояние от исходной поверхности металла вглубь.
Информация о профилях пробегов иона различных веществ и разных энергий в разных металлах очень важна в радиационной физике твердого тела: она позволяет установить средний проеюгивный пробег ионов в металлах, его зависимость от энергии внедряемых ионов и характер взаимодействия ионов с металлами, их поведение в кристаллической решетке, потенциалы межатомного взаимодействия, кристаллографическую анизотропию пробегов.
Шаг указанных зависимостей па =
f(x) — толщина одного слоя д f, которому соответствует текущее значение и . Наиболее точными измерения будут в том случае, если b, f соответствует одному атомному слою. Как показывает эксперимент, импульсное испарение полем позволяет удалять одну кристаллическую грань (насчитывающую
80-30 атомов) не за один, а за несколько единиц или даже десятков импульсов. Наибольшей является точность определения числа ионов (атомов - n ) попадающих на детектор времяпролетного масс-анализатора после одного импульса. Поэтому главная задача, оп-, ределяющая точность измерения профилей пробегов ионов в металлах, сводится к точному определению момента удаления каждого из следующих друг за другом атомных слоев без перерывов в серии последовательных испаряющйх импульсов.
В известном способе $2) предпола" гается существование четкой зависимости числа испаряемых полем атомных слоев Иа от R (связанного с ним, им определяемого значения Ч
AV u Nt или количества импульсов И„ требуемых для удаления одной грани от V и Vр), т.е. считается, что можно построить некоторую зависимость, с помощью которой исходя из началь-! ного значения потенциала образца V и выбранного значения 6V можно точно установить количество импульсов
N» эа которое удаляется один атомный слой. Даже если бы это было так, 10 погрешность измерений профилей пробегов ионов в металлах, обусловленная только использованием зависимостей N „ = f (V,, a,v), составляет
15 .+50-150Х, второе указанное выше об20
ЗО
45 потребовалось бы дополнительное выяснение вопроса, как со временем из" менять V и дЧ в условиях затупления образца. Учитывая неопределейность поля наилучшего отображения поверхности образца, это является сложной задачей.
Экспериментальные исследования кинетики импульсного испарения полем вольфрамовых образцов показали, что стоятельство будет вести к ее постепенному росту.
Сказанное иллюстрируется графиком (см. фиг. 1). Как видно, в пределах "собственных" ошибок действие двух или трех испаряющих импульсов практически совпадает с действием пяти или нести импульсов, что не соответствует действиТельности. Кроме того, вероятностный характер процесса испарения полем, а также возможные вариации локальных напряженностей электрического поля в местах геометрических неоднородностей обуслов:ливают низкую повторяемость экспериментальных результатов.
Иная ситуация имеет место, если масс-анализатор одновременно с N
Ф а (числом ионов имплантированного вещества, приходящих на детектор анализатора после одного импульса) регистрирует и соответствующее значение N — число ионов материала саа мого образца, удаленных этим же импульсом (см. фиг. 2). Эксперименталь"
% ные зависимости Nа = f (Nö) показывают четкие спады зависимости до нулевого значения после полного удаления каждой из верхних граней. Причем они одинаково четко выражены практически для любых размеров зондовых отверстий, важно лишь, чтобы в это отверстие не могли проникнуть атомы, испаряемые с краев второго„ следующего за верхним, атомного слоя
Таким образом, регистрируя одновременно в каждом импульсе значения N u NN и судя об удалении каждого атомного слоя по характерным спадам в зависимостях Б„ = Ь (Н1), обсуждаемая погрешность измеренйй
1160880
О 5 Ю 5
Ф„
ZO 25
4Ьа2
Составитель В. Гаврюшин
Редактор С. Титова Техред М.Гергель Корректор E. Рошко
Заказ 8128/2 Тираж 678 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 сводится практически к нулю, т.е ° достигается высокая точность иэме— рений профилей пробегов имплантированных в металлы ионов.
Способ опробован и может быть использован для определения профилей пробегов легких ионов в тугоплавких металлах и нх сплавах.
