Способ определения функции распределения недиффундирующих атомов,внедряемых в твердые тела при распыляющем облучении

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕДИФФУНДИРУЮЩИХ АТОМОВ , ВНЕДРЯЕМЫХ В ТВЕРДЫЕ ТЕЛА ПРИ РАСПЫЛЯЮЩЕМ ОБЛУЧЕНИИ, с помощью метода масс-спектрометрии вторичных членов , включающий внедрение в образец атомов, функцию распределения которых следует определить, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения экспрессности , одновременно с внедрением в образец атомов, функцию распределения которых необходимо определить , измеряет временную зависимость обратного потока вторичных ионов внедренных атомов 3g5p(t) до его насыщения, а искомую функцию распределения f(x) определяют по формуле cQ(gptt) 1 f(x) 0% dt i - скорость распыления образгде V ца внедряемыми ионами; (Л D (со)- обратный поток вторичных ионов внедряемых атомов при насыщении. ;о о 00 4 СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„908149

3(я) О 01 l4 27/62

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2930412/18-2I (22) 26.05,80 (46) 15.08.83. Бюл. N 30 (72) В.Ф.Козлов, В.В.Рожков и и С.M.Xàçàí (53) 621.384(088.8) (56) 1. 3 ..Bi 1r sack, Rad iat Eff 1973, Ig, рр. 249-256, 2. М .Каминский. Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. М,, "Мир", 1967,,с. 188 (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФУНКЦИИ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НЕДИФФУНДИРУЮЩИХ АТО"

МОВ, ВНЕДРЯЕМЫХ В ТВЕРДЫЕ ТЕЛА ПРИ

РАСПЫЛЯЮЩЕМ ОБЛУЧЕНИИ, с помощью метода масс-спектрометрии вторичных членов, включающий внедрение в образец атомов, функцию распределения которых следует определить, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения экспрессности, одновременно с внедрением в образец атомов, функцию распределения которых необходимо определить, измеряют временную зависи" мость обратного потока вторичных ионов внедренных атомов 3 (t) до оор его насыщения, а искомую функцию распределения т(х} определяют по формуле

f (х)=

1 со (с) Бр

v )+ oo dt

obp где v - скорость распыления образ"

+ ца внедряемыми ионами;

Э (оо)- обратный поток вторичных ооР ионов внедряемых атомов при насыщении.

Ф 9081

Изобретение относится к исследованию физических и химических свойств вещества способом масс-спектрометрии вторичных ионов (ИСВИ).

Необходимость решения задачи определения функции распределения не" диффундирующих атомов, внедряемых в твердые тела . при распыляющем облучении, возникает, например, при исследованиях радиационной стойкс)сти щ реакторных материалов или при создании методами ионного легирования полупроводниковых устройств с заданными свойствами.

Известные способы определения функ-15 ции распределения таких атомов по своим методикам разделяются на два типа в зависимости от того, сопровождается ли облучение твердого тела распылением или нет. Если внедрение про- go исходит при нераспыляющем облучении, то определение функции распределения недиффундирующих атомов сводится к следующему: образец облучают ионами атомов, функцию распре. 25 деления которых следует определить, затем облученный образец послойно анализируют и получают зависимость концентрации внедрения атомов от глубины, которая совпадает, с точностью до нормировочной постоянной, с искомой функцией распределения (1 ), В тех случаях, когда внедрение атомов сопровождается распылением облучаемого образца, искажается профиль распределения внедряемых атомов по глубине в результате смещения в процессе облучения границы вакуумраспыляемая поверхность. Поэтому в этих случаях искомая Функция распределения может быть получена только в результате математической обработки измеряемого при послойном анализе искаженного профиля распределения внедренных атомов.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ определения функции распределения недиффундирующих атомов, внедряемых в твердые тела при распыляющем облу- 5О чении, по которому образец облучают ионами атомов, функцию распределения которых следует определить, до-установления стационарного (не зависящего от. времени) профиля рас- 55 пределения f2).

Иетодом ИСВИ производят послойный анализ, для чего облученный образец

49

2 распыляют ионами, масса которых отлична от массы внедрения атомов, и одновременно исследуют зависимость потока вторичных ионов внедренных атомов Д+(х) от глубины х их залегания.

Искомую функцию Г(х) получают, исходя из экспериментально измеренной зависимости 3+(х), с помощью соотношения

vn(о) d3+ (x) ,— — тгьтт где q - плотность потока внедряемых атомов; ч - скорость распыления образца внедряемыми ионами;

n(o) - концентрация внедренных атомов при x=0;

3 (о) - поток вторичных ионов внедренных атомов при х=О.

Функция t(x) определена так, что

f (x) d x=1 (1)

Однако для получения функции распрео деления внедренных атомов необходимо производить последовательно два облучения образца двумя различными пучками ионов: первое - для внедрения атомов в образец и второе для проведения послойного анализа.

В следствие этого принятый за прототип способ является весьма трудоемким и требует для своего выполнения значительных затрат времени.

Целью изобретения является упрощение и повышение экспрессности способа определения функции распределения недиффундирующих атомов, внедряемых при распыляющем облучении.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения функции распределения недиффундирующих атомов внедряемых в твердые тела при распыляющем облучении с помощью метода ИСВИ включающего

f внедрение s образец атомов, функцию распределения которых необходимо определить, измеряют временную зависимость обратного потока вторичных ионов этих атомов 3o<>(t) до его на+ сыщения, а искомую функцию распределения f(х) определяют по формуле

f (x)) d3 !t) чЗ" oo dt о6р где ч - скорость распыления образца внедряемыми ионами; з 908

3 + (оа1 - обратный поток вторичных ооP ионов, внедряемых атомов при насыщении ° физическое обоснование способа заключается в следующем. Пусть внедрение происходит в течение времени ь .

Если облучение внедряемыми ионами сопровождается распылением, то за это время поверхностный слой образца толщиной v С окажется распылен- 10

;ным. При этом атомы, которые были внедрены в этой слой, покинут образец. Число таких атомов М() следующим образом выражается через искомую функцию распределения: 15

Ч4 Т

N (r)=2 $ ьх $ d tf (x-vt) (2) а о братныи поток 3 < (t) внедренных атомов есть производная от N(t) и поэтому связан с функцией т(х) следующим соотношением: ч

3 . (t)= — = 3 f(()d(25

Ионная составляющая этого потока (t) PctBH8

3 (t) сЗ () сЗ (И, (3) где с - константа, оторая связана следующим, вытекающим из формул (1 ) и (3), соотношением с обратным по1 током вторичных ионов внедряемых атомов при насыщении ()/3 (4)

Дифференцируя равенство (3) по t, получаем

3 () = vcj f (vt) dt

40 учитывая теперь, что vt = x, и используя выражение (4) для константы с, получаем окончательную формулу для определения функции т(х) по экспериментально измеряемой зависи- 45 мости от времени обратного тока вторичных ионов: ьЭ2ЕР (х) (6) dt т (х)=

obp

Приведем пример конкретной реализации предлагаемого способа, Пусть, например, необходимо определить функцию распределения в кремний атомов бора, внедряемых при энергии 55

30 КэВ. Для этой цели используют установку,состоящую из источника ионов, ускоряющей трубки масс-анализатора

149 4 камеры мишени и масс-спектрометра вторичных ионов. На этой установке формируют пучок ионов бора с энергией 30 КэВ и направляют его на мишень, которой в данном случае, служит образец, изготовленный из кремния.

Проникая в образец, ионы бора теряют энергию и заряд и, остановившись, образуют примесные атомы бора, определенным образом распределенные по объему кремния. Поскольку одновременно с процессом внедрения происходит распыление, при котором облучаемый ионами участок поверхности смещается вглубь кристалла, то внедренные атомы бора через некоторое время,. пропорциональное глубине внедрения, оказываются на поверхности и выбираются из кремния в виде вторичных ионов, с помощью масс-спектрометра поток этих вторичных ионов регистрируют, снимают его зависимость от времени

3 . (t) и измеряют значение 1+ (сю) когда Э ((.) перестает изменяться

+ оГр со временем. При облучении кремния лучком ионов бора с энергией 30 КэВ и плотностью тока 10 А/см, время, 2 за которое поток 1 р(t) достигает

+ значения 3 (бх>),становится затем постоянным и составля$ет около 6 мин.

После того, как было получено значение 3 6- (), облучение прекращают и известными способами (например, способом взвешивания измеряют ско" рость распыления кремния ионами бора данной энергии. Затем, выполняя графически или на ЭВИ дифференцирование зависимости 3,,5 (t) по времео р ни, получают с помощью формулы функцию распределения атомов бора, внедренных в кремний при энергии "

30 Кэ8.

Предлагаемый способ позволяет исключить трудоемкую операцию послойного анализа облученного образца, связанную с необходимостью его распыления ионами с массой, отличной от массы внедренных атомов. Возможность получения искомой функции .рас" пределения в результате однократного облучения ионами только одного сорта делает предлагаемый способ более простым по сравнению с прототипом и позволяет существенно сократить время определения функции распределения. Эти обстоятельства делают очевидной экономическую эффектьЪность предлагаемого способа.