Способ элементного анализа поверхностных слоев твердых тел Советский патент 1992 года по МПК H01J49/14 

Изобретение относится к способам элементного анализа поверхностных слоев твердых тел и может быть использовано в микроэлектронике.

Известен способ элементного анализа поверхностных слоев твердых тел, в котором ионным пучком распыляют поверхность анализируемого образца и регистрируют оже-электроны, эмитти- руемые анализируемой поверхностью. Недостатком известного способа является низкая чувствительность,

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ элементного анализа поверхностных слоев твердых тел, в котором ионным пучком распыляют поверхность анализируемого образца и сепарируют распыленные вторичные ионы по массам с последующей их регистрацией.

Недостаток известного способа заключается в низком выходе вторичных ионов с поверхности твердого тела, лежащем в пределах %, Этот недостаток снижает чувствительность известного способа.

1 ель изобретения - повышение чувствительности.

Указанная цель достигается тем, что в способе элементного анализа, включающем распыление поверхности твердого тела пучком ионов, сепарацию по массам распыленных ионов определяемых элементов, на распыляемую область твердого тела одновременно с пучком ионов воздействуют лазерным

XI

VI

XI

00 х|

31

излучением, энергию фотонов h v) которого выбирают из условия:

h$ 8; ч

где с; - потенциал ионизации атома

определяемого элемента, eLp- работа выхода материала твердого тела.

Сопоставительный анализ с прототи пом показывает, что заявляемый спосо отличается тем, что на распыленное вещество дополнительно воздействуют лазерным излучением, энергия фотонов hv, которого настроена в резонанс с электронным переходом в атомах определяемого элемента с основного на вы соколежэщий возбужденный уровень и выбирается из соотношения E;-hv etft, где Е - энергия ионизации атома оп- ределяемого элемента с основного состояния, etf- работа выхода материала анализируемого образца.

Таким образом, заявляемый способ удовлетворяет критерию изобретения новизна.

Признаки, отличающие техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию существенные отличия.

Сущность изобретения заключается в следующем,

Перевод электрона из основного состояния на высоколежащий возбужденный уровень увеличивает вероятность ионизации атома при взаимодей- QQ ствии с поверхностью распыленного

образца. Взаимодействие в этом случае происходит на расстоянии от поверхности, равном 1-104 А, так как ра- диус орбиты возбужденного электрона 45 зависит от главного квантового числа как и при п 85 составляет около 1 мкм. Таким образом, при переводе атома в высоковозбужденное состояние вероятность его ионизации pac-eg тет с уменьшением высоты и ширины потенциального барьера.

Вероятность Р; ионизации атома при воздействии лазерного излучения определяется как

55

W,0 W;

12 2п

- вероятность резонансного перехода ,

D

W2.n вероятность ионизации в

результате взаимодействия с поверхностью, равная коэффициенту прохождения потенциального барьера D. При -значениях к интенсивности излучения лазера I 1цас вероятность возбуждения достигает значения 0,5.

При когерентном взаимодействии (Ф - импульс, инвертирующий населенность уровней) вероятность возбуждения достигает 1, Коэффициент прохождения потенциального барьера (случай прямоугольного барьера при оценивается по формуле

1

-Ш1

D

где а ширина потенциального барьера,

1

g Јл|2т(Е-У0), |f I .

0

5

Q

5

g

Значение D для атомов 1П(Е; 0 5,78 эВ, elf 3,8 эВ), «Я 4101 А А1 (Е I 5,9 ЭВ, elp 4,15 эВ) , 7| - 3961 А; К (Е; 4,33 эВ, е tp 2,22 эВ) и энергии фотона лазерного излучения Ъ.3 - 3,06 эР ( 4047 А) равно 0,4-0,5.

Следовательно, вероятность ионизации за счет резонансного возбуж.- дения атомов поверхности равна Р; &0,2- 0,5, т.е. достигает значений от четверти до половины всех распыленных частиц.

На чертеже схематически изображено устройство, реализующее предлагаемый способ..

Устройство состоит из ионной пушки 1, анализируемого образца 2, перестраиваемого лазера 3 масс-сепэ- ратора 4, детектора ионов 5.

Способ осуществляется следующим образом.

Пучок ионов, формируемый ионной пушкой 1, распыляет поверхность анализируемого образца 2, Распыленные в основном состоянии атомы, составляющие большинство от общего числа распыленных частиц, на поверхности подвергаются воздействию лазерного излучения, формируемого перестраиваемым лазером 3. Длина волны лазера

Использование: элементный анализ поверхностных слоев твердых тел, например, тонкопленочных структур в материалах и изделиях микроэлектроники. Сущность изобретения: способ включает распыление поверхности твердого тела пучком ионов, одновременное воздействие на распыляемую область твердого тела лазерным излучением с определенной энергией фотонов, сепарацию по массам распыленных ионов определяемых элементов и их последующую регистрацию. Энергию фотонов h) выбирают из условия hO Ј; -ец, где б; - потенциал ионизации атома определяемого элемента, еср - работа выхода материала твердого тела. 1 ил. 10 С