Материал: anishik_v_m_uglov_v_v_cherenda_n_n_rezerfordovskoe_obratnoe

5.Используя формулы (2.22–2.24), рассчитать высоты сигналов от всех элементов у поверхности и сравнить их с экспериментальными высотами (измеренными непосредственно на спектре).

Полученные данные оформить в виде таблицы:

Контрольные вопросы

1.Что такое сечение рассеяния и от чего оно зависит?

2.Потери энергии. Поверхностное энергетическое приближение.

3.Сечение торможения. Фактор эффективного сечения торможения.

4.Правило Брэгга.

5.Высота энергетического спектра. От каких величин она зависит?

6.Как определяется связь между потерями энергии и глубиной в поверхностном энергетическом приближении?

7.Как выглядит спектр РОР для следующих систем: пленка AlN на углеродной подложке, покрытие TiN на титановой подложке?

21

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА И ТОЛЩИНЫ СЛОЯ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА РЕЗЕРФОРДОВСКОГО ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ

Цель работы: провести количественный анализ состава образца, определить толщину слоев в многослойной системе.

1. Определение состава слоя

При анализе аппаратурных спектров обратнорассеянных ионов для массивных образцов с постоянным по толщине составом используется способ вычитания (или способ ступенек). В его основе лежит предположение, что рассеяние на атомах каждого сорта происходит независимо друг от друга. Плато в спектре вблизи ступенек аппроксимируется прямыми линиями, положение которых на отдельных участках спектров находится методом наименьших квадратов. При этом отпадает необходимость знать точные значения Е0, Q и Ω для определения точного состава слоя.

В качестве примера проанализируем спектр обратнорассеянных ионов гелия с энергией 2.4 МэВ от соединения KCl1 - xBrx. Угол падения Θ1= 0о, угол рассеяния Θ = 170о (рис. 3.1).

Неизвестную величину х можно найти посредством измерения высот сигналов от Cl, K и Br. Высота сигнала в энергетическом спектре для данного элемента на поверхности при нормальном падении пучка:

энергетическом приближении (верхним индексом обозначается рассевающий атом, а нижним – энергия налетающей частицы), Nэлем – атом-

ная концентрация данного элемента в образце, Nобр – суммарная атомная концентрация образца.

22

Если известны величины [ε]обрэлем , то любое из этих трех равенств дает решение для х, так как H0элем можно определить непосредственно из спектра. Разбив спектр на парциальные спектры (рис. 3.1), получим: H0Cl = 1000 имп., H0K = 3500 имп. и H0Br = 7000 имп. Дифференциальные сечения рассеяния рассчитываются по формуле (2.4) или определяются c помощью приложения 2. Для данного случая использования ионов гелия с энергией 2.4 МэВ табличное значение дифференциального сечения рассеяния, приведенное в приложении для энергии 1 МэВ, необходимо скорректировать на величину, обратную квадрату энергии:

σ K =0.323·10– 24см2/ср, σCl =0.257·10– 24см2/ср, σ Br =1.11·10– 24см2/ср.

Величина [ε]обрэлем остается неизвестной, так как она определяется че-

рез х. Однако значения [ε]обрэлем при рассеянии от разных элементов в веществе обычно различаются не более чем на 10 %, независимо от состава. Тогда:

Подставив значения высот Н0элем и разрешив равенства (3.7) – (3.9)

относительно х, получим в нулевом приближении три различные значе-

ния: х = 0.641, х = 0.580 и х = 0.596, а <х> = 0.606. Следовательно, обра-

зец имеет следующий состав: KCl0.394Br0.606. Данное значение х было получено в нулевом приближении. Чтобы получить более точное значение,

необходимо определить [ε]обрэлем, используя для этого значение, полученное в нулевом приближении. По правилу Брэгга:

Зная εобр, в поверхностном энергетическом приближении получаем:

[εo ]обрK = 117.5·10– 15эВ·см2,

[εo ]обрBr = 118.7·10– 15эВ·см2, [εo ]обрCl = 117.3·10– 15эВ·см2,

24

а их отношения:

Подставив значения отношений [ε]обрэлем и σэлем в формулах (3.3 – 3.5) и решив относительно х, получим: х = 0.641, 0.586 и 0.601. <х> = 0.609 отличается от значения, полученного в нулевом приближении менее чем на 1 %. Таким образом, анализ даже в первом приближении часто позволяет

сдостаточной точностью определить состав исследуемого образца.

2.Определение толщины слоя

Вслучае если толщина слоя или пленки очень мала, то есть можно пренебречь потерями энергии в пленке, в рамках модели однократного рассеяния толщину пленки можно оценить из выражения:

где А – полное число ионов, образующих пик, соответствующий рассеивающим атомам в спектре обратного рассеяния. Качественным критерием, позволяющим использовать данную формулу, является отсутствие протяженной полки в сигнале от элемента, составляющего пленку.

Случай, когда необходимо учитывать энергетические потери, рассмотрим на примере энергетического спектра обратнорассеянных ионов гелия с энергией 2 МэВ, рассеянных на пленке SiO2, выращенной термическим путем на кремниевой подложке (рис. 3.2).

Определив из спектра энергетическую ширину ∆Е сигналов от Si и O, подсчитав факторы сечения торможения по правилу Брэгга, можно вычислить толщину пленки (с помощью формулы 2.17):

Nt = 1.12·1018 молекул/см2. Среднее значение <Nt>=1.14·1018 молекул/см2 соответствует пленке SiO2 толщиной 500 нм при N=2.28·1022 молекул/см3. Данный подход применим для пленок относительно малой тол-

25