Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.4: SIMS - візуалізація та профілювання глибини

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    17686

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Основні ідеї, що стоять за технікою SIMS, вже обговорювалися в розділі вторинної іонної мас-спектрометрії. Оскільки техніка використовує промінь атомних іонів (тобто заряджених частинок) як зонд, відносно легко сфокусувати падаючий промінь, а потім сканувати його по всій поверхні, щоб дати техніку візуалізації.

    Поверхнева візуалізація за допомогою SIMS

    Якщо метою вимірювання є отримання композиційних зображень поверхні, утвореної з вторинного іонного спектра з мінімально можливим пошкодженням поверхні, то основною проблемою є забезпечення отримання достатнього сигналу при бажаному просторовому дозволі при мінімізації потоку іонів, що падає на будь-який частина поверхні.

    Це найбільш легко досягається шляхом переходу від традиційного інструментального підходу використання безперервного потоку іонних гармат і квадрупольних детекторів мас-спектрометра, до використання імпульсних джерел іонів і мас-спектрометрів часу польоту (TOF). Мас-спектрометри TOF є набагато більш ефективним способом отримання спектральних даних, а також забезпечують хорошу роздільну здатність і чутливість до дуже високих мас. За допомогою таких приладів можна отримати зображення SIMS з просторовою роздільною здатністю краще 50 нм.

    Профілювання глибини SIMS

    Метою профілювання глибини є отримання інформації про зміну складу з глибиною нижче початкової поверхні - така інформація, очевидно, особливо корисна для аналізу шаруватих структур, таких як ті, що виробляються в напівпровідниковій промисловості.

    Оскільки сама техніка SIMS спирається на видалення атомів з поверхні, вона за своєю природою є руйнівною технікою, але також ідеально підходить для додатків профілювання глибини. Таким чином, профіль глибини зразка може бути отриманий просто шляхом запису послідовних спектрів SIMS, оскільки поверхня поступово розмивається падаючим зондом іонного пучка. Графік інтенсивності заданого масового сигналу як функції часу, є прямим відображенням варіації його достатку/концентрації з глибиною нижче поверхні.

    Однією з головних переваг, яку пропонує SIMS перед іншими методами профілювання глибини (наприклад, профілювання глибини шнека), є його чутливість до дуже низьких (суб-ppm або ppb) концентрацій елементів - знову ж таки, це особливо важливо в напівпровідниковій промисловості, де легуючі речовини часто присутні при дуже низьких концентраціях. .

    Досяжна роздільна здатність по глибині (наприклад, здатність розрізняти атоми в сусідніх тонких шарах) залежить від ряду факторів, які включають:

    1. рівномірність травлення падаючим іонним пучком
    2. абсолютна глибина нижче вихідної поверхні, на яку вже проведено травлення
    3. характер використовуваного іонного пучка (тобто маса & енергія іонів)

    а також ефекти, пов'язані з фізикою самого процесу розпилення (наприклад, поховання, індукованого іонним впливом).

    За допомогою інструментів TOF-SIMS найкраща роздільна здатність глибини отримується за допомогою двох окремих пучків; один промінь використовується для поступового травлення кратера в поверхні досліджуваного зразка, тоді як короткі імпульси другого пучка використовуються для аналізу підлоги кратера. Це має ту перевагу, що можна бути впевненим, що аналіз проводиться виключно з підлоги кратера травлення і не схильний до розпилення від стінок кратера.