11.Определение состава по глубине образца методом рфс. Определение толщины тонких пленок. Определение состава по глубине образца

С помощью метода РФС можно определять состав поверхностного слоя в пределах глубины выхода фотоэлектронов. Если уменьшить угол выхода фотоэлектронов относительно поверхности образца, то анализируемая толщина будет уменьшаться. Это проявится в росте интенсивности электронных линий поверхностных компонентов. Таким образом, наклоняя образец по отношению к энергоанализатору, можно отделять явления на поверхности от явлений, связанных с объемом.

На рис. показана схема, поясняющая увеличение поверхностной чувствительности метода.

На рис. величина  - средняя длина свободного пробега фотоэлектронов, d - глубина исследуемой области,  - угол выхода фотоэлектронов. Так как длина свободного пробега для данного вещества и энергия электронов - величина постоянная, уменьшение угла  приводит к уменьшению эффективной анализируемой толщины образца d.

Для определения концентрации элементов по глубине значительно большей, чем 40 А^o последовательно удаляют верхний слой образца с помощью ионной бомбардировки инертными газами (чаще всего аргоном) и проводят количественный анализ поверхности по мере ее стравливания или распыления.

Определение толщины тонких пленок

С помощью метода РФС можно оценить толщины пленок до 4 нм. В комбинации с ионным травлением можно определить толщины пленок до нескольких микрон.

Для измерения толщин пленок определяют интенсивность линии I_i (d) i-го элемента образца, покрытого пленкой толщиной d и интенсивность I_i (0) линии i-го элемента без покрытия.

I_i (d) = I_i (0) е ^{-d/ sin}

где  - угол выхода фотоэлектронов,

 - длина свободного пробега электрона в пленке.

Для определения величины d по формуле измеряют значения I_i (d) при двух различных значениях угла .

12. Область применения и ограничения метода рфс.

Область применения: металлургия, п/п промышленность, диффузионные профили, имплантация, анализ полимеров.

Ограничения:

- твёрдое тело (жидкость быстро испаряется в вакууме)

Вторичная ионная масс-спектрометрия (вимс).

1. ВИМС. Возможности, применение, особенности метода ВИМС. Динамический и времяпролетный ВИМС.

Особенности: ВИМС является, единственны методом, способным регистрировать водород, так как прочие методы так или иначе связаны с наличием в атоме нескольких электронных уровней.

В отличие от других методов количественный анализ непосредственно по амплитудам пиков здесь невозможен.

ВИМС значительно превосходит прочие методы по минимально обнаружимой концентрации (в некоторых случаях, для элементов с малой энергией ионизации, достижим порог чувствительности, равный 10^(-7)% ат).

В ВИМС информация о химических соединениях получается путем использования характеристических спектров.

ВИМС дает информацию о структуре (по наличию набора осколков молекул образца) и молекулярном весе (по появлению рядом с исходным пиком пика ионов, возникающих в результате захвата протонов)

В основе ВИМС лежит процесс распыления – это метод, связанный с сильным разрушением образца. Состав мишени изменяется из-за эффектов вбивания, селективного распыления и имплантации.

Метод	Динамический ВИМС (D-SIMS)	Времяпролетный ВИМС (TOF-SIMS)
Первичный зонд	Cs, O2, N2, Ar 1-10 мкм	Ga, In, Cs, O2 > 100 нм
Анализируемые частицы	Вторичные ионы	Вторичные ионы
Пределы детектирования	10-9 Все элементы	10-6 Все элементы
Глубина	Минимальный слой > 1,5 нм	Минимальный слой > 1,5 нм
Профилирование	10 мкм	1 мкм
Преимущества	Глубинное профилирование (исследование диффузии, определение коэффициента диффузии)	Комплексный химический и молекулярный анализ
Образцы	Твердые тела (кроме диэлектриков)	Твердые тела + диэлектрики + органические полимеры
Ограничения	Количественный анализ	Количественный анализ
Области применения (приложения)	Полупроводники, диффузионные профили, имплантация	Полимеры