3.3. Анализ поверхности

Анализ поверхности твердого тела становится все более и более важным в таких различных областях, как коррозия, катализ, изучение трения, исследования полупроводников, а также в физике твердого тела в общем.

В прошлом было предложено много аналитических методов, но серьезный анализ поверхности стал возможен только с развитием техники, создающей чистый высокий вакуум на поверхности образца. При давлении 10^-6торр (1,33 х 10^-4 Па) монослой адсорбированного газа образуется за 1 сек, т. е. время, явно недостаточное для проведения измерений. Однако, при давлении 10^-10торр (1,33 х 10^-8 Па) монослойобразуется за 104 сек, или 2,78 час. В современном приборном оснащении анализ поверхности происходит при бомбардировке поверхности пучком частиц и анализе эммитированных частиц. Возможно много комбинаций, но наиболее широко используются следующие:

LEED — дифракция электронов низких энергий,

RHEED — дифракция электронов высоких энергий на отражение SIMS — вторично-ионная масс-спектрометрия AES — Оже-электронная спектроскопия.

Рис. 31. Пики золота (2024 ЭВ и 2110 ЭВ) при различных первичных энергиях.

LEED анализ заключается в бомбардировке поверхности образца электронами низких энергий и анализе дифрагирующих упруго-отраженных электронов по разным направлениям. Положения и интенсивности дифракционных пятен дают информацию о симметрии и параметрах кристаллической решетки поверхности.

Аналогичным методом является RHEED, в котором энергия первичных электронов может достигать 40 кэв, по сравнению с несколькими сотнями эв в LEED. Результаты, получаемые с помощью RHEED, подобны результатам LEED анализа, но работа с отраженным пучком позволяет провести легче некоторые эксперименты. Например, можно наблюдать рост тонкого слоя в процессе испарения.

В SIMS анализе поверхность бомбардируется пучком положительных ионов (обычно ионы аргона с энергией 3 кэв).

Сложные процессы включают эмиссию с поверхности большого разнообразия частиц, в частности, положительных и отрицательных ионов, которые подвергаютсямасс-анализу с помощью квадрупольного масс-спектрометра.

Рис. 32. Обнаружение бора в образце кремния.

Рис. 33. Прямой спектр листа алюминия.

Автоматизация получения и обработки спектров:

Система построена вокруг микропроцессора, имеющего 20 Кбайт памяти.Применение микропроцессора в аппаратуре дает очень интересную возможность повторять один и тот же анализ, даже очень выгодный, и накапливать результаты один за другим.

Рис. 34. Производная по кривой (рис. 33) с установлением энергии для одного пика.

В AES образец бомбардируется пучком электронов, и вторичные электроны анализируются по энергиям.

SIMS и AES дают информацию о химическом составе поверхности. Чрезвычайно полезно объединить несколько аналитических методов в одной сверхвысоковакуумной установке, как в установке для анализа поверхности «LAS 2000» фирмы «Рибер».

Рис. 35.

Рис. 36.

3.4 Практическая сторона вакуума

3.4.1 Вакуумное напыление в микроэлектронике

Существует несколько наиболее распространенных методов вакуумного напыления: термическое, электронно-лучевое,магнетронное (рис.37), ионно-лучевое. В общемслучае все эти методы объединяетиспользование в качестве рабочегообъема вакуумной камеры, в которойрасполагается образец. Напыление материала может происходить, например,в высоком или сверхвысоком вакууме.

Рабочие параметры установки напыления подбирают исходя из технологических требований к процессу, принимая

во внимание специфику выбранногометода.

Рис. 37.Установка магнетронного напыления SP-203

Если различные вариации для целого ряда задач, например установка SP-203 рассчитана на промышленное использование.

Установки магнетронного напыления, такие как SP-mini (рис.38), предназначены для использованияв R&D-лабораториях и на пилотных производствах.

Рис. 37. Установка магнетронного напыления SP-mini.

Чаще всего такие установки комплектуются допол-нительными средствами управления и контроля, однако можно обойтись встроенными системами управления.