63.Спектры резерфордовского обратного рассеяния. Обработка спектров. Аналитическая информация, получаемая методом спектрометрии резерфордовского рассеяния.

Информация, получаемая методом РОР, регистрируется в виде энергетического спектра обратнорассеянных ионов, где по оси абсцисс откладывается номер канала анализатора ( он связан с энергией регистрируемых рассеянных частиц), а по оси ординат – выход обратного рассеяния в импульсах. Т.е. спектр РОР представляет собой распределение по кинетическим энергиям анализирующих ионов (атомных ядер)⁴Не, претерпевших рассеяние на ядрах атомов элементов, входящих в состав исследуемого вещества. В результате рассеяния изменяется направление движения иона гелия и часть энергии иона передается ядру, на котором происходит рассеяние; имеют место потери энергии ионов гелия при ядерном взаимодействии.

Ф орма спектра зависит от природы анализирующих ионов, их энергии, а также от природы и состава мишени(рис. 6,22, 6,19)

С использованием РОР возможны: определение элементного состава исследуемого материала, анализ тонкопленочных (в том числе многослойных) на поверхности различных подложек, анализ поверхностных оксидов и других химических соединений и сплавов, анализ ионно-легированных слоев. В случае анализа МК образцов может быть определена толщина приповерхностного аморфного слоя, а также степень дефектности кристалла. Вся эта информация является чрезвычайно важной при исследовании материалов электронной техники, в особенности на различных этапах обработки технологии изготовления ПП приборов.

Последовательность определения состава веществ методом РОР:

Сперва необходимо провести калибровку шкалы. Осуществляется переход от шкалы «номер канала анализатора» по оси абсцисс к шкале «энергия». Для калибровки необходимо точно нать номера каналов анализатора, соответствующие положению сигналов от поверхности для двух элементов, по возможности максимально отличающихся по атомным массам. По таблице в приложении определяются величины К-фактора для обоих элементов при заданном угле рассеяния и рассчитываются энергии, соответствующие этим каналам

.

После этого рассчитывается энергетическая ширина канала, измеряемая в кэВ/канал:

C использованием вычисленного значения и табличных значений К-факторов по соответствующим спектральным пикам определяются другие элементы, входящие в состав анализируемого слоя мишени. Энергии и номера каналов анализатора соответствующие анализирующим ионам, претерпевшим упругое рассеяние на ядрах атомов, расположенных на поверхности, наносятся на спектр. Для перехода к шкале энергий выбираем сигнал, соответствующий рассеянию на ядрах определенного атома в качестве привязки. Выбираем ближайшее округленное значение энергии ионов гелия ( к примеру выбрали сигнал гелия на атомах углерода. Энергия составляет 502 кэВ, ближайшее целое значение 500 кэВ). Разность этих значений составляет 2 кэВ, что соответствует Δn=2/ (пусть Δn равно 1,25 канала. Тогда энергия ионов 500 кэВ соответствует номеру канала углерода -1, знак минус т.к. энергия 500 кэВ меньше, чем энергия на углероде). Интервалу энергий в 100 кэВ соответствует количество каналов, равное 100/ . Используя это значение и привязку к сигналу углерода ( в качестве примера, вместо С может быть любой элемент) , построим шкалу энергий.

Для определения относительного содержания атомов элемента, входящих с состав образца, по отношению к тормозящей среде, рассчитывают фактор тормозного сечения

[ ε]^I_j= [ ∙ ε_i(E₀) + ∙ ε_i(kj∙Е₀)]

Индекс i относится к тормозящей среде - основному материалу, индекс j – к рассеивающему центру – ядру атома примеси.

Само относительное содержание рассчитывается по формуле

Где σ – диф. Сечение рассеяния ионов гелия на ядрах соответствующих элементов, Н – высота сигнала от соответствующего элемента, определяется по спектру. По расчетным данным (рассчитанным относительным концентрациям примеси) можно построить профиль распределения примеси. Он производится пошагово, начиная от уровня поверхности, когда глубина залегания равна 0 нм. Далее расчет отношения концентраций проводится с определенным шагом по глубине. При этом высоты сигналов от примеси и матрицы берутся на одинаковой глубине исследуемого образца.

Далее строим шкалу глубин. Определяем δt нм/канал

N – атомная плотность основного материала исследуемого образца (тормозящей среды). Полученную для каждого элемента шкалу глубин наносим на спектр.

Можно также рассчитать слоевое содержание атомов

Где А – площадь пика под спектральным пиком соответствующего элемента за вычетом фона.