Распределение частиц по поверхности, микроанализ и объемный анализ

Глубинные профили концентрации

ВИМС - один из самых эффективных методов диагностики поверхности среди применяемых для измерения распределения концентрации элементов по глубине образца. Предел разрешения по глубине при таком методе не превышает 50 А, а порог чувствительности меньше 10¹⁷ атом/см².

В настоящее время для изменения свойств приповерхностного слоя твердого тела широко пользуются методам ионного внедрения (имплантации). Распределение внедренных частиц по глубине определяют разными методами (радиоактивные изотопы, измерение электропроводимости, рентгеновские лучи, возникающие при бомбардировке тяжелыми ионами). Но применение подобных методов сопряжено с большими трудностями и возможно далеко не при всех сочетаниях легирующий ион - матрица. Метод ВИМС же свободен от таких ограничений и потому наиболее удобен при определении профилей концентрации внедренных частиц.

Рентгеновский микроанализ открыл путь для диагностики твердых тел и до сегодняшнего дня остается важнейшим методом такого анализа. Создание приборов ВИМС типа масс-спектральнаго микроскопа и растрового микрозонда расширило возможности микроанализа твердого тела, позволив достичь большей чувствительности, проводить изотопический и поверхностный анализ и обнаруживать присутствие элементов с малыми Z.

Масс-спектральные микроскопы дают качественную, а при некоторых условиях и количественную информацию о распределении элементов по поверхности образца. Они применяются при изучении выделений на границах зерен, различных эффектов и поли- и моно-кристаллах, диффузии (двумерного распределения в плоскости поперечных шлифов), фазового состава минералов и распределения поверхностных загрязнений.

Методом ВИМС проводится анализ двоякого рода: определение общего состава в объеме твердого тела и определение состава в отдельных его точках (т. е микрообластях диаметром менее 25 мкм). Микроанализ методом ВИМС проводился для определения следов различных элементов, содержащихся в тех или иных зернах минералов, изотопического анализа РЬ in situ в ореоле радиоактивных включений (диаметром 1 - 2 мкм), элементного анализа взвеси и определения возраста некоторых фаз в минералах по отношению ²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pbи рубидиево-стронциевым методом. Анализ активных газов (таких, как Н₂, N₂, О₂) в металлах этим методом сопряжен с известными трудностями.

Пока что нет такого метода, который полностью удовлетворял бы всем запросам всех исследователей, имеющих дело с поверхностью. Метод ВИМС не является исключением в этом отношении, но он занимает особое положение в области анализа состава объема и поверхности твердого тела, т. к. в ряде других отношений с ним не могут сравниться никакие другие методы. Высокочувствительность к большинству элементов, возможность регистрации атомов с малыми Z и изотопического анализа, высокое разрешение по глубине при измерении профилей концентрации и возможность изучения распределения элементов по поверхности делают ВИМС методом трехмерного анализа изотопного и следового состава твердого тела (рис. 14).

Рис.4.14. Влияние анализируемой площади на предельную разрешающую способность[2].

Многие задачи физики поверхности могут быть решены качественными или полуколичественными методами, поэтому, не очень высокая точность количественных оценок, обеспечиваемая методом ВИМС, с лихвой компенсируется той ценной качественной информацией, которую он дает. ВИМС уже оказал большое влияние на микроанализ твердых тел в направлениях, имеющих как фундаментальное, так и прикладное значение. Дальнейшее развитие метода ВИМС должно быть направлено, главным образом, на решение проблемы количественного анализа и отыскания путей повышения его точности.

[1] Спектр эмиссии рентгеновских квантов является характеристичным и может быть использован для химического анализа; соответствующий метод называют рентгеновской эмиссионной спектроскопией

[2] На этом эффекте основан один из основных механизмов формирования контраста в растровой электронной микроскопии

[3] Метод РФЭС также называют электронной спектроскопией для химического анализа (ЭСХА)

[4] Это обстоятельство существенно при анализе полупроводниковых материалов, поскольку Ge, Si и другие практически важные полупроводники окисляются на воздухе

5. Инфракрасная Фурье-спектрометрия

Для измерения толщины эпитаксиальных слоев большое развитие получил метод Фурье-спектрометрии, основанный на использовании интерферометра Майкельсона. Этот метод имеет ряд преимуществ перед традиционным методом спектральной интерференции, может быть применен к широкому классу полупроводниковых структур.

Принцип действия интерферометра Майкельсона, позволяющего наблюдать оптическую разность хода по интерференции двух составляющих расщепленного луча, используется, например, в широко применяемом микроскопе МИИ – 4 для контроля толщины тонких пленок на отражающих покрытиях.

Дата добавления: 2015-05-29