Способ автоионномикроскопического измерения профилей пробегов имплантированных в металлы ионов Советский патент 1985 года по МПК H01J37/285 

Изобретение относится к области автоионной микроскопии и радиационно ф 1зики твердого тела и предназначено для определения профилей пробегов нргзкоэнергетичных ионов в металлах и сплавах.

Известен способ азтоионномикро скопического измерения,профилей пробегов нмплантиров.анных в металлы ионов 5 включающий последовательное импульсное испарение полем материала образца5 вывод во времяпролетный масс анализатор одновременно порядка 10-20 ионов и дискриминированную ре гистрацию детектором масс-спектрометра ионов только, определенного типа , в случае имплантирован ного вещества lj . Способ предполагает периодический напуск в вакуумную систему прибора изображающего газа для контроля ко.пичества испаренных полем атомных слоев образца.

Недостатком способа являются боль1пне временные затраты, связанные с необходимостью частого периодическо го напуска и откачки изображающего газа, а также низкая точность анализа.. Последнее особенно усугубляется в том случае, если изучаются профили пробегов газа, который используется в качестве изображающего (например; гелия, - тогда погрешность достигает ).

Наиболее близким по технической сзлдности к предлагаемому является способ :автоионномикросконического измерения профилей пробегов имплантировамиых в металлы ионов, вкл 0чаю- |дик п.оследовате.пьное импульсное испарение образца электрическим полем, регистратипо имплантированных.ионов, y,n,aJieiiHHx за время одного испаряюще го импульсаJ и определение профиля пробега ионов по их суммарному числу за число импульсов, соответствующее удалетппо одного атомного слоя образ- ца 2, Способ предполагает однократпоа иаблюденги автоионного изобралсе шхп на начгшьном этапе анализа с тем чтобы оиепать качество исходной поверхности образца 51 ее кривизну R , вывести для анализа нужнуго кристаллическую грань, Далл.-Нейший анализ пред- полагяет многократное импульсное ис liopeiuu Т-1НОГИХ атомных слоев образца

гтричем их количество ii

оценивается

ас

только по соответствующеку числу им- Ti-JibcoB п. в предиоложени5 J что Kf,.,08802

является определенной функцией , UV и п (дУ амплитуда испаряющего импульса).

Способ характеризуется высокой

5 производительностью анализов. Его основной недостаток - низкая точность измерений, на уровне 50-7150%. Целью изобретения является повы шение точности измерений.

0 Указанная цель достигается тем, что в способе автоионномикроскопического измерения профилей пробегов имплантированных в металлы ионов, включающем последовательное импульс

5 ное испарение образца электрическим полем, регистрацию имплантированных ионов 5 удаленньк за время одного ис паряющего импульса, и определение профиля пробега ионов по их суммарному числу за число импульсов, соот ветствующее удалению одного атомного слоя образца, после каждого импульса дополнительно регистрируют удаленные атомы образца, а число импульсов

5 для удаления одного атомного слоя определяют но моменту спада зависимости числа атомов образца от числа импульсов до нулевого значения. На фиг. 1 приведена зависимость

iQ отношения амплитуды испаряющего импульса uV к потенциалу образца V от величины последнего в случаях испарения полем одного атомного слоя за 2 или 3 (кривая 1) и 5 или 6 (кривая 2) импульсов; заштрихованные области соответствуют погрешностям определения и V и V с учетом того факта, что напряженность поля наи- лучЕгего отображения поверхности образца имеет неопределенность ±15%.

На фиг. 2 приведен пример зависимости числа NQ, испаренных полем и удаленных за предель диафрагмы за один импульс атомов образца от чис- ла Hj. импульсов для разных размеров Zg зондового отверстия (значения Sg определяют число атомов грани, одновременно проходящих сквозь зондовое отверстие и могут составлять от 3 до 35). Зависимость получена из серии автоиовных изображений грани (Oil) вольфрамового образца при VP 8,0 кВ и дУ 1,45 кВ.

Сущность изобретения заключается 5 D следующем.

ДЛ1я Измерения профилей пробегов имплантированных в металл ионов какого-либо вещества необходимо опре- 3 делить количество п., атомов этого в щества во многих следующих один за другим параллельных слоях металла. Сами профили это зависимость Пд, от удаленности соответствующего сло от поверхности, т.е. п f(x), где X расстояние от исходной поверхности металла вглубь. Информация о профилях пробегов иона различных веществ и разных эне гий в разных металлах очень важна в радиационной физике твердого тела: она позволяет установить средний про емтивный пробег ионов в металлах, его зависимость от знергии внедряемых ионов и характер взаимодействия ионов с металлами, их поведение в кристаллической решетке, потенциалы межатомного взаимодействия, кристаллографическую анизотропию пробегов. Шаг указанных зависимостей nq f(x) - толщина одного слоя Л, которому соответствует текущее значе- ние Пр. Наиболее точными измерения будут в том случае, если Л соответствует одному атомному слою. Как показывает эксперимент, импульсное не- парение полем позволяет удалять одну кристаллическую грань (насчитьшающую 80-30 атомов) не за один, а за несколько единиц или даже десятков импульсов. Наибольшей является точност определения числа ионов -(атомов - п попадающих на детектор времяпролетного масс-анализатора после одного импульса. Поэтому главная задача, оп ределяющая точность измерения профилей пробегов ионов в металлах, сводится к точному определению момента удаления каждого из следующих друг за другом атомных слоев без перерывов в серии последовательных испаряющих импульсов. В известном способе 2J предполагается существование четкой зависимости числа испаряемых полем атомных слоев . от R (связанного с ним, им определяемого значения , U.V и Nj или количества импульсов N требуемых для удаления одной грани от &V и Vp), т.е. считается, что можно построить некоторую зависимость, с помощью которой исходя из начального значения потенциала образца VQ и выбранного значения uV можно точно установить количество импульсов N , за которое удаляется один слой. Даже если бы это было так. 0 потребовалось бы дополнительное выяснение вопроса, как со временем изменять Уд и U.V в условиях затупления образца. Учитывая неопределейность поля наилучщего отображения поверхности образца, это является сложной задачей. Экспериментальные исследования кинетики импульсного испарения полем вольфрамовых образцов показали, что погрешность измерений профилей пробегов ионов в металлах, обусловлен ная только использованием зависи- мостей N f (YO , uV), составляет i50-150%, второе указанное вьше обстоятельство будет вести к ее постепенному росту. Сказанное иллюстрируется графи- ком (см. фиг. 1). Как видно, в пределах собственных ошибок действие двух или трех испаряющих импульсов практически совпадает с действием пяти или шести импульсов, что не со- ответствует действительности. Кроме того, вероятностный характер процесса испарения полем, а также возможные вариации локальных напряженное- тей электрического поля в местах гео- метрических неоднородноетей обусловливают низкую повторяемость экспери- ментальных результатов. . . Иная ситуация имеет место, если масс-анализатор одновременно с N (числом ионов имплантированного вещества, приходящих на детектор анализатора после одного импульса) регистрирует и соответствунмцее знача- ние N- - число ионов материала са- мого образца, удаленных этим же импульсом (см. фиг. 2). Экспериментальные зависимости NQ, f (N,,) показы- ч - Ц1 вают четкие спады зависимости до нулевого значения после полного удаления каждой из верхних граней. Причем они одинаково четко выражены практически для любых размеров зон- довых отверстий, важно лишь, чтобы в это отверстие не могли п1)оникнуть атомы, испаряемые с краев второго, следующего за верхним, атомного слоя. Таким образом, регистрируя одновременно в каждом импульсе значения К и NO и судя об удалении каждого атомного слоя по характерным спадам в зависимостях W b (N..), обсуждаемая погрешность измерений S сводится практически к нулю, т.е. достигается высокая точность иэме-- ренин профилей пробегов импланти- рованных в металлы ионов. 11608806 Способ опробован и может быть использован для определения профилей пробегов легких ионов в туго : плавких металлах и их сплавах.

СПОСОБ АВТОИОННОМИКРОСКОПИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ ПРОБЕГОВ ИМПЛАНТИРОВАННЫХ В МЕТАЛЛЫ ИОНОВ, тг-« включающий последовательное импульс-нов испарение образца электрическим полем, регистрацию имплантированных ионов, удаленных за время одного испаряющего импульса, и определение профиля пробега ионов по их суммарному числу за число импульсов, соответствующее удалению одного, атомного слоя образца, отличающий- с я тем, что, с целью повьипещй точности измерений, после каждого ш пульса дополнительно регистрируют удаленные атомы образца, а число импульсов для удаления одного атомного i слоя определяют по моменту спада зависимости числа атомов образца от (Л d числа импульсов до нулевого значения. X 25 21} /5 О5 О СХ) 00 W 6 78 9 Фиг.

Ю 15

О Фиг,.

10 25