Исследование элементного и химического состава поверхности кремния и его соединений методами электронной спектроскопии
Диссертация
Исследование физических свойств поверхности методами электронной спектроскопии сопряжено с рядом экспериментальных задач, в ходе решения которых был сконструирован и изготовлен сверхвысоковакуумный электронный спектрометр. Обоснование выбора конструкции, описание и характеристики вакуумной системы, энергоанализатора и измерительного, тракта электронного спектрометра приведено во 2-й главе… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА I. ИОНИЗАЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА.. Щ
- 1. 1. Введение
- 1. 2. Физические основы метода ИС .II
- 1. 2. 1. Ионизационные линии в спектрах вторичной электронной эмиссии
- 1. 2. 2. Глубина информативного слоя ИС
- 1. 2. 3. Сечение возбуждения остовных уровней электронным ударом
- 1. 2. 4. Эффекты химического окружения
- I. Влияние плотности незанятых состояний
- 2. Химические сдвиги в ионизационных спектрах
- 1. 3. Выводы
- 2. 1. Введение
- 2. 2. Вакуумная система
- 2. 2. 1, Конструктивное исполнение вакуумной системы
- 2. 2. 2. Напуск газов и контроль выдержек
- 2. 3. Методики приготовления исследуемых поверхностей
- 2. 3. 1. Приготовление поверхности кремния
- 2. 3. 2. Получение пленок моноокиси кремния.. 5g
- 2. 3. 3. Источники щелочных металлов
- 2. 3. 4. Источники ионов и NJ
- 2. 4. Экспериментальная установка
- 2. 4. 1, Измерительная камера
- 2. 4. 2. , Электронный спектрометр
- 2. 5. Выводы
Список литературы
- Johannessen J.С., Spicer W.E.Strausser Y.E. Phase separation in thin films of SiO" studied by AES.-Appl. Phys. a1.tters, 1975, 27, N5, p.452−454.
- Gerlach R.L., Houston J.E., Park R.L. Ionization spectroscopy of surfaces.-Appl. Phys. Letters, 1970, 16, N4, p.179−18I.
- Gerlach E.L. Ionization spectroscopy of contaminated metal surfaces.-J, Vac. Sci. Technol., 1971, 8, N4, p.599−604.
- Brundle C. Electron spectroscopy of surfaces.-Surface Sci., 1971, 27, N5, p.681−685.
- Marton L., Simpson I.A., Fowler H.A., Swanson N. Plural scattering of 20-kev electrons un aluminium.-Phys. Rev., 1962, 126, N1, p.182−189*
- Spadling D.R., Metherell A.^.F. Plasmon losses in Al-Mg alloys.-The Philosoph. Magazine, 1968, 18, NI5I, p.41−48.
- Swan J.В., Otto A., Fellenzer H. Observed retardation effects on the energy of the w -surface plasmons in thinTaluminium foils.-Phys. Stat. Solidi, 1967, 25, N1, p.171−176.
- Harris L.A. Analysis of materials by electron excited Auger electrons.-J. Appl. Phys., 1968, 59, N3, p.1419−1427.
- Bauer E. Methods of surface studies depending on inelastic scattering of electrons.-Vacuum, 1972, 22, Nil, p.539−552.
- Немошкаленко В.В., Алёшин В. Г. Электронная спектроскопия кристаллов.-Киев: «Наукова думка», 1976 г., 335с.
- Shirley D.A. Many-electron and final-state effects: beyond the one-electron picture"-In: Photoemission in Solids I. General Principles/Eds. M. Cardona. L. Ley.-Berlin etc.- Springer, I97S, p. I65-I95(Topics in Applied Physics v.26).
- Kramer B. Electronic structure and optical properties of anorphous germanium and silicon.-Phys. Stat. Solidi (b), 1971″ 47, N2, p.501−510.
- Карлссон Т.Л. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия.-JI.:
- Машиностроение, 198I, 431с.16, Месси Г., Бархоп Е. Электронные и ионные столкновения.1. М.: ИЛ, 1957, 604с.
- Musket R.A. Energy dependence of the sensitivity of ionization spectroscopy: Si on Be.-Surface Sci., 1974, 44, N2, p.629−634.
- Seah M.P., Dench W.A. Quantitative electron spectroscopy of surfaces.-Surface and Interface Analysis, 1979″ I" N1″ p. I-II.
- Крынько Ю.Н., Мельник П. В., Находкин Н. Г. Влияние возбуладе-ния поверхностных плазмонов на интенсивность пиков спектра неупруго отражённых электронов.-Физ. тв. тела, I960, 22, № 5, 1294−1302с.
- Применение электронной спектроскопии для анализа поверхностей. / Под ред. Ибаха Х.-Рига: Зинатне, 1980 г., 315с.
- Коваль И.Ф., Мельник П. В., Находкин Н. Г., Гойса С. Н. Ионизационная спектроскопия окислов кремния в системе (I00)Si:Cs-0.- Физ. тв. тела, 1978 г., 20, № 10, 3070−3075с.
- Hitchcock A.P., Brion C.E. Neon K-shell excitation studied by electron energy-loss spectroscopy.-J. Phys. B, I960, 13, N16, p.3269−3273.
- Шульман A.P., Фридрихов С. А. Вторично-эмиссионные методы исследования твёрдого тела.-М.: Наука, 1977 г., 284с.
- Гомоюнова М.В., Заславский С. Л., Пронин И. И. Анизотропия ионизационных потерь энергии электронов в монокристаллическом молибдене.-Письма в 2Г: ТФ, 1978 г., 4, 864−868с.
- Gerlach R.L., Ducharme A.R. Inner shell ionization of surface atoms by electron impact.-Surface Sci., 1972, 29, N2, p.317−323.
- Вентцель X., Берндт К. Исследование возбуждения Зр и 3 -электронов железа и никеля с помощью спектроскопии характеристических потерь энергии электронов.-ФТТ, 1980 г., 22, № 10, 2912−2916с.
- Traimar S. Electron impact spectroscopy.-Acc.Chem. Res., 1980, 13, N1, 14−20.30″ Bethe H. Zur theorie des durchangs schneller korpuskular strahlen durch materie.-Ann. Phys., 1930, 5, N3, p.325−400.
- Inocuti M" Inelastic collisions of fast charged particles with atoms and molecules the Bethe theory revisited.-Rev. Mod. Phys., 1974″ 43, N 3, p.297−347.
- Seah M.P. Slow electron scattering from metals: II The inelastically scattered primary electrons.-Surface Sci., 1969, 17, N I, p.161−180″
- Малышев С. В. Исследование структуры и вторичноэмиссионных свойств эпитаксиальных плёнок окислов щелочноземельных металлов. Автореферат дисс. на соиск. уч. степ. канд. физ.-мат. наук. Л.: Ленингр. политехи, инст., 1977 г.
- Gadzuk J.W., Doniach S. A soluble relaxation model for core level spectroscopy of adsorbed atoms.-Surface Sci., 1973, 77, N3, p.427−448.
- Mattew J.A.D., Perkins R.S. Variation of relaxation energies with the spatial extent of core holes.-J. Phys. C., 1978, II N14, L569-L574.
- Гомоюнова M.B. Электронная спектроскопия поверхности твердого тела.- Успехи физ. наук, 1982, 136, № 1, с.105−148.37* Gerlach R.L., Tipping D.W. Ionization spectrometer for elemental analysis of surfaces.-Rev. Sci. Instrum., 1974, 42, HI, P. I5I-I52.
- Kirshner J, Electron excited core level spectroscopies.-Topics Curr. Chemistry, 1977, 4, p.59−115*
- Palmberg P.W. Quantitave AES using elemental sensitivity factors.-J. Vac. Sci. Technol., 1976, 13, HI, p.214−218.
- Davies L.E., MacDonald N.C., Palmberg P.W. Handbook on
- Auger electron spectroscopy.-2nd ed.-Physical Electronics1.d., Edina, p.1976−252.
- Зигбан К., Нордлинг К., Фальман А. и др. Электронная спектроскопия.-М.: Мир, 1971 г., 497с.
- Lieske N., Hezel R. Core and valence electron excitation of amorphous silicon oxide and silicon nitride studiedby low energy electron loss spectroscopy.-Thin solid films, 1979, 61, N2, 217, p.228.
- Lurie R.G., Wilson J.M. The diamond surface.-Surface Sci., 1977, 65, N2, p.476−487- 4
- Lusher P.E. Energy loss mechanisms in low energy electron scattering from W (IOO) and their use as a surface sensitive spectroscopy.-Surface Sci., 1977, 66, N2, p.167−188.
- Willis R.F., Fitton В., Painter G.S. Secondary-electron emission spectroscopy and the observation of high-energyexcited states in graphite- Theory and experiment.-Phys. Rev. B, 1974, 9, N4, p.1926−1937.
- Koma A., Ludeke E. Core-and valence-electron spectra of clean Si surfaces by energy loss spectroscopy.-Surface Sci., 1976, 65, N2, p.735−740.55″ Ludeke R., Koma A. Oxidation of clean Ge and Si surfaces. -Phys. Rev. Letters, 1975, 34, N18, p. II7I-II74.
- Lieske N, Hezel R. Surface states on Si (111)7 7 studied by low energy electron loss spectroscopy.-Phys. Stat. Sol.(b), 1979, 92, HI, p.159−170.
- Chang C.C. Auger electron spectroscopy.-Surface Sci., 1971, 25, N1, p.53−79.
- Thomas S. Electron-irradiation effects in the Auger analysis of Si02.-J. Appl. Phys., 1974, 45, N1, p. I6I-I66.
- Моррисон С. Химическая физика поверхности твёрдого тела.-М.: Мир, 1980 г., 488с.62″ Henrich V.E. Spurious structure in second derivative energy loss spectra.-Appl. Surface Sci., 1980, 6, p.87−89 NI.
- Ludeke R., Esaki L. Electron energy loss spectroscopy of GaAs, Ge surface.-Phys. Rev. Letters, 1974, 33, Nil, p.653−656.
- Akimoto K., Sakisaka Y., Nishijima M., Ohchi M. Elsstudy of initial oxidation of Ni (IOO) surfaces.-Surface Sci., 1979, 82, N2, p.349−363.
- Sakisaka Y., Kato H., Nishijima M. f Ohchi M. Electron energy loss spectra of clean and hydrogen covered Cr (IIO) surfaces.-Solid St. Communs, 1980, 36, N4, p.353−355.
- Цвейман E.В., Редькин B.C., Зашквара В. В., Корсунский М. И. Спектры характеристических потерь энергии в гадолинии и диспрозии.-Физ.тв.тела, 1971 г., 13, JS9, 2793−2795с.
- Цвейман Е.В., Зашквара В. В., Корсунский М. И., Редькин B.C., Тажибаева С., Киселёва С. С. Ионизационные потери в спектрах неупругого отражения электронов от поверхности редкоземельных металлов.-Физ.тв.тела, 1972 г., 14, № 5, I549-I55IC.
- Зашквара В.В., Цвейман Е. В., Корсунский М. И., Редькин B.C. Спектры характеристических потерь энергии электронов, отражённых от поверхности La, Се, Ег, на .-Физ.тв.тела, 1972 г., 14, JS6, I8I2-I8I4C.
- Боровский И.Б., Комаров Е.Я. Структура спектров характеристических потерь энергии отражённых электронов Gd, тъ, Dy ,
- Но .-Докл. АН СССР, 1976 г., 231, № 5, II03-II06.
- Katzel W., Berndt К. Ionization loss spectra of FeS2.-Phys. Stat. Sol.(Ъ), 1980, 97, N2, p.541−576.
- Curelaru I.M., Suoninen E., Ahlquist P., Minni E., Rounhult T., Strid K.-G.-Excited states of YVO^Cyttriumor thovanadate) studied Ъу electron energy loss spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy.-Phys. lev. B, 1980, 22, N10, p.4698−4709.
- Lu&eke R., Koma A. Surface studies on clean and oxygen exposed GaAs and Ge surfaces by l&w energy electron loss spectroscopy.-CRC Crit. Rev. in Sol. St. Sci., 1975, p.259−271.
- Jacobi K. Surface states on phosphorous- and gallium-rich
- Ellis W.P. Anger / loss studies of uranium, uranium oxidation, U02^ U^0Q and UF^.-Surf. Sci., 1976, 61, N1, p.57−59.
- Fortner R.J., Musket R.G. Chemical effects in Auger electron spectra of berillium.-Surface Sci., 1971″ 28, N2, p.339−343.
- Coad J.P., Riviere J.C. The combination of Auger spectroscopy and characteristic loss spectroscopy for the elements V-CO.-Phys. Stat. Sol.(a), 1971, 7, N2, p.571−575.
- Fiermans L., Vennik J. On the use of characteristic ionizations losses in Auger electron emission spectroscopy. -Surface Sci., 1973, 38, N1, p.257−260.
- Shubert W.K., Shelton R.N., Wolf E.L. Electron energy loss and ultraviolet-photoemission spectroscopy study of the VNX system.-Phys. Rev. B, 198I, 23, N10, p.5097−5106.
- Goldstein В., Szostak D.J. Work function and Auger measurements of the initial oxidation of hydrogenated amorphous
- Si and of single crystal Si.-Appl. Phys. Letters, 1978, 33, N1, p.85−87.
- Martinelly R.U., Fisher D.A. The application of semiconductors with negative electron affinity surfaces to electron emission devices.-Proc. of the IEEE, 1974, 62, N10, p.1339−1360.
- Белл P.Л. Эмиттеры с отрицательным электронным сродством.-М.: Энергия, 1978 г., 190с.
- Tetsuji Oda, Takuo Sugano. Studies on chemically Etched silicon, gallium arsenide and gallium phosphide surfaces by Auger electron spectroscopy.-Jap. J. Appl. Phys., 1976, 15, N7, p.1317−1327.
- Физико-химические свойства окислов. Справочник / под ред. Самсонова Г. В. М.: Металлургия, 1978 г., 472с.93* Weber R.E., Peria W.T. Use of LEED apparatus for the detection and identification of surface contaminants.
- J. Appl. Phys., 1967, 38, N1, p.4355−4359.
- Коваль И.Ф., Крынько Ю. Н., Мельник П. В., Находкин Н. Г., Гойса С. Н. Исследование фазового состава окислов кремния методами электронной спектроскопии. Всесоюзный симпозиум по ненакаливаемым катодамтТезисы докладов. Томск: 1977 г., 48−49с.
- Коваль И.Ф., Крынько Ю. Н., Мельник П. В., Находкин Н. Г., Гойса С. Н. Исследование фазового состава окислов кремния методами электронной спектроскопии.-Физ. тв. тела, 1977 г., 19, № 9, I&euro-81−1683с.
- Stephenson D.A., Binkovski N.J. X-Ray photoelectron spectroscopy of silica in theory and experiment.-J. Non-Cryst. Solids, 1976, 22, N2, p.299−421.
- Carriere D., Deville J.P., Brion D., Eskard J. X-Ray photoelectron study of some silicon-oxygen compounds.-J. Electron Spectroscopy Rel. Phenom., 1977, 10, N2, p.89−91.
- Taylor J.A., Lancaster G.M., Rabalais J.W. Chemical reactions of N^ ion beams with group IX elements andtheir oxides.-J. Electr. Spectroscopy Rel. Phen., 1978,12, N6, p.435−444.
- Касуэлл Х.Л. Оборудование для испарения материалов в сверхвысоком вакууме и анализ остаточных газов. В кн. «Физика тонких плёнок» / под ред. Хасса Г., т.1, М.: Мир, 1967 г., I3−9IC.
- Самсонов Г. В. Физико-химические свойства окислов.-М.: Металлургия, 1978 г., 472с.
- Коваль И.Ф., Гойса С. Н., Мельник П. В., Находкин Н. Г. Электронная спектроскопия поверхностей si, siO^ Si^N^ после реактивной ионной имплантации о^ и^+.-Физ. Тв. тела, 1980,22, № 7, 2003−2009с.
- Philipp H.R.Optical and bonding model for non-crystalline Si0x and SiO^y materials.-J. Non-Cryst. Solid, 8810. 627, 1972.
- ЮЗ.Литовченко В. Г., Горбань А. П. Основы физики микроэлектронных систем металл-диэлектрик-полупроводник.-Наукова Думка, Киев, 1978 г., 315 с.
- Delford J.F., Schrott A.G., Fain S.C.Jr. Nitridation of silicon (III) — Auger and LEED results.-J. Vac. Sci. Technol. 1980, 17, N1, p.517−520.
- Johannessen J.S., Spicer W.E., Strausser Y.E. LW spectra of Si, Si02 and Si^.-Phys. Scripta, 1979, 19, N4, p.355−359.
- Solloway Р.Н. Chemical shifts in Auger electron spectra from silicon in silicon nitride.-Surface Sci., 1976,54, N3 p.506−508.
- Thomas S., Matt ox R"J., An attempt at the AES evaluation of the composition of offstoichiometric silicon nitride.-J. Electrochem. Soc., 1977, 124, N12, p. I942-I945.
- Ito Т., Hujiya S., Nozaki Т., Arakawa H., Shinoda M., Fukuka ?/.,
- Very thin silicon nitride films growth by direct thermal reaction with nitrogen.- J. Electrochemical Soc., 1978, 125, N3, p.448−452.
- Windawi H.M., Katzer J.E., Cooper C.B. AES depth profiling with N^ ion sputtering.-Phys, Letters, 1976, 59A, N1, p.62−64.
- Klasson M., Berndtsson A., Hedman J., Nillsson E., Nyholm E., Nordling C. Electron escape depth in silicon.-J. electron Spectrosc. Eel. Phenom., 1974,3, N4, p.427−434.
- Ashley J.C., Adersson V.E. Energy losses and mean free path of electrons in silicon dioxide.-IEEE trans., Nucl. sci., 1.8I, NS-28, N6, p.4132−4136. И2. Добрецов Л. Н., Гомоюнова M.B. Эмиссионная электроника.1. М.:Наука, 1966 г., 564 с.
- Бронштейн И.М., Фрайман Б. С. Вторичная электронная эмиссия.-М.: Наука, 1969, 408 с.
- Badawi М.Н., Anand K.V. A study of silicon oxides prepared by oxygen implantation in silicon.-J. Phys. d: Appl. Phys., 1977, Ю, N9, p.1931−1942.115"Энциклопедия неорганических материалов.- Киев: Гл. ред.
- Укр. Сов. Энциклопедии, 1977 г., т.2, с.80−82. Иб. Бейкер А., Беттеридж Д. Фотоэлектронная спектроскопия.1. М.: МИР, 1975 г., 196с.
- Blane J. A revised model for the oxidation of Si by. oxygen.-Appl. Phys. Letters, 1978, 33, N5, p.424−426* 118. Garner C.M., Lindau I., Miller J.N., Pionetta P.,
- Spicer W.E. Photoemission studies of the surface states and oxidation of group IX semiconductors.-J. Vac. Sci. Technol., 1977, 14, N1, p.372−375.
- Spicer W.E., Chye P.W., Garner C.M., Lindau I.,
- Pianetta P. The sirface electronic structure of 3−5 compounds and the mechanizm of Fermi level pinning by oxygen (passivation) and metals (Shottky barriers).-Surface Sci., 1979, 86, p.763−788, N3.
- Meyer P., Vrakking J.J. The adsorption of oxygen on a clean silicon surface.-Surface Sci., 1973, 38, N2, p.275−281.
- Hill J.M., Joyse D.G., Fadley C.S., Wagner L.F., Grunthanner J.F. Properties of oxidized silicon as determined by angular dependent X-ray photoelectron spectroscopy.-Chem. Phys. Letters, 1976, 44, N2, p.225−227.
- Garner C.M., Lindau I., Su C.Y., Pianetta P., Spicer W. Electron spectroscopic studies of the early stages of the oxidation of Si.-Phys. Rev. B, 1979, N8, p.3944−3956.
- Stohr J., Johansson L., Lindau I., Pianetta P. Extended-x-ray-adsorption-fine-structure studies of low Z atoms in solids and on surfaces: studies of Si^N^, Si02 and oxygen on Si (III).-Phys. Rev. B, 1979, 20, N2, p.664−680.
- Marton D. A SIMS study of the adsorption of oxygen on ion-bombardment silicon (III) surfaces.-Appl. Surface1. Sci., 1980, 5, P.65−72
- Malinowski J., Buroff A, Photostimulated solid state reactions.-Contemporary Bays., 1978, 19, N2, p.99−108.
- Розова Т.Т., Фурсей Г. Н., Иванов В. Г. Адсорбция кислородана германии, стимулированная сильным электрическим полем.
- Физ. тв. тела, 1978 г., 29, Ю, с.2672−2674. Т29. Химия плазмы/ Под ред.Б. М. Смирнова, вып.1,М.:Атомиздат, 1974 г., 156с.
- Johannessen J.S., Spicer W.E.j Strausser Y, E. An Auger analysis of Si02-Si interface.-J. Appl. Phys*, 1976, 47, N7, p.3028−3037.
- Von Wienskowski J. Oxidation of cleaved Si (III) surfaces,-Phys. Stat, Solidi (b), 1978, 90, NI, p. K9-KI2.
- Janssen A.P., Schoonmaker R", Mattew J, A"D., Chambers A, Interfacial Auger transitions of oxidized sodium and mag-nesium.-Solid St. Communs., 1974, 14, Nil, p. I263-I267.
- Papageorgopoulos J.M., Chen J.m. Coadsorption of cesium and oxygen on Ni (IOO).- Surface Sci., 52, NI, 1975, p.53−61.1.6,Surnev L. Oxygen adsorption on Ge (III) surface. II, Alkali metal-covered surfaces.-Surface Sci#, I9&I, 110, N2, p.458−470.
- Петров Н.И., Эмиттеры с отрицательным сродством к электрону.(Обзор).-Журн. Технич. Физики, 1971 г., 41, № 12, 2473−2491с.
- Крынько Ю.Н., Коваль И. Ф., Мельник П. В., Кошевая С. В., Находкин Н. Г. Длина свободного пробега электронов для образования плазмонов в алюминии.-Физ. тв. тела, 1975 г., 17, № 4, II38-II4IC.
- I.Iwasaki H., Uakamura S. Qn energy dependence of the escape depth for electrons.-Surface Sci., 1977, 65, N1, p.345−348.
- Вавилов B.C., Кив A.E., Ниязова O.P. Механизмы образования и миграция дефектов в полупроводниках.-М.: Наука, 1981 г., 368с.
- Крынько Ю.Н., Коваль И. Ф., Мельник П. В. Длина пробегаэлектрона без потерь энергии в германии.-Укр. физ. журнал, 1975, 20, № 3, с.508−510.