2. Вимс Взаимодействие первичных ионов с твёрдым телом. Механизм образования вторичных ионов. Коеффициент вторичной ионной эмиссии.

(Для проведения исследования поверхность пробы бомбардируют сфокусированным пучком ионов с энергиями порядка нескольких кэВ. Вследствие соударений с этими ионами с поверхности образца распыляются атомы или ионы. Попадая в масс-анализатор, вторичные ионы разделяются в соответствии с соотношением их заряда к массе. Эти исследования и дают информацию о составе и свойствах поверхности )

Неупругие взаимодействия с электронами мишени вызывают вторичную электронную эмиссию, характеристическое рентгеновское излучение и испускание световых квантов. Упругие взаимодействия приводят к смещению атомов кристаллической решетки, появлению дефектов и поверхностному распылению.

П роцесс распыления. Первичные ионы с энергией порядка нескольких кэВ проникают и внедряются в твёрдое тело. Между тем 1-е, 2-е, …, n-е поколения атомов отдачи дают начало каскадам столкновений, т. е. часть атомов мишени движутся, а остальные покоятся. Частный случай каскада – «тепловой клин», это каскад столкновений, при котором все частицы рассматриваемого объекта временно находятся в движении. Такими каскадами атомы мишени смещаются со своих мест. Если они находятся достаточно близко к поверхности и их векторы скорости направлены наружу, то происходит распыление, т. е. частицы мишени эмитируются с поверхности. Распыление же за счёт прямого выбивания атомов мишени первичными ионами происходит сравнительно редко.

3. Основные параметры, влияющие на выход вторичных ионов. Процесс распыления ионов в методе вимс.

Выход вторичных и выход распыления связаны с энергией столкновения. Выход вторичных ионов – это число вторичных ионов, полученных на 1 падающий первичный ион. С увеличением энергии первичных ионов от 2 до 12кэВ/атом выход вторичных ионов увеличивается более чем в 2 раза для Ar и Xe, уменьшается в 5 раз для Cs и остается неизменным, по существу, постоянным для O₂.

Процесс распыления. Первичные ионы с энергией порядка нескольких кэВ проникают и внедряются в твёрдое тело. Между тем 1-е, 2-е, …, n-е поколения атомов отдачи дают начало каскадам столкновений, т. е. часть атомов мишени движутся, а остальные покоятся. Частный случай каскада – «тепловой клин», это каскад столкновений, при котором все частицы рассматриваемого объекта временно находятся в движении. Такими каскадами атомы мишени смещаются со своих мест. Если они находятся достаточно близко к поверхности и их векторы скорости направлены наружу, то происходит распыление, т. е. частицы мишени эмитируются с поверхности. Распыление же за счёт прямого выбивания атомов мишени первичными ионами происходит сравнительно редко.

Выход распыления – это число распыленных атомов на 1 падающий первичный ион. Выход распыления увеличивается с энергией столкновения первичных ионов для всех элементов первичного пучка.

Скорость распыления зависит от:

1. Массы, энергии и угла наклона бомбардирующих ионов

2. Массы атомов образца, поверхностной связи образца

3. Плотности тока первичного пучка (ток пучка / площадь растра)

Первые два пункта содержатся в выходе распыления (распыленные атомы / падающий ион). Выход распыления в зависимости от атомного номера элемента таков, что зависимость является не монотонной, а выполняются периоды из периодической таблицы.

Скорость распыления в глубинном профиле прямо пропорциональна току первичных ионов и обратно пропорциональна квадрату размера растра. Ток первичного пучка и площадь растра являются основными переменными для ВИМС, которые позволяют изменять скорость травления и анализа примеси глубинного профиля.

Выбор скорости распыления достигается балансом между временем травления, разрешением по глубине, пределом детектирования и качеством формы профиля.

Увеличения скорости распыления может уменьшать разрешение по глубине, поскольку между точками данных будет большой интервал глубин. Но эта проблема может быть устранена, если для каждой точки данных уменьшить время детектирования.

Уменьшая слишком сильно размер растра, можно понизить качество профиля за счет вклада от боковых стенок. Рост тока пучка увеличивает размер зонда. Повышение скорости распыления может вызвать проблемы насыщения счета, если скорость счета существенно увеличивается.