На рис.4.16 представлены результаты исследования методом СРМИ роста пленок ряда металлов (Cu, Fe, Cr и Hf) на поверхности оксида титана TiO2(110) 36). В случае гафния интенсивность спектральной линии подложки (Ti), нормированная на интенсивность сигнала от чистой подложки, линейно убывает с увеличением степени покрытия. Это свидетельствует о послойном росте Hf на поверхности TiO2, что обусловлено сильным взаимодействием Hf с кислородом подложки. В то же время для пленки Cu наблюдается островковый рост.

4.6.4. Влияние структуры поверхности на линии спектров РМИ

Качество поверхности твердого тела оказывает влияние на вид спектральных линий РМИ. На поликристаллических и аморфных образцах пики рассеяния ионов обычно шире, чем на монокристаллических поверхностях с малым числом дефектов, поскольку в первом случае атомы поверхности разупорядочены и могут иметь различную энергию связи, что приводит к различию в кинематике соударения.

Фон неупругих потерь в спектрах РМИ также несет определенную информацию о состоянии поверхности.

4.7. Аппаратура СРМИ

Источник ионов (ионная пушка)

В качестве ионов в методе СРМИ обычно используют ионы легких благородных газов Не+ и Ne+. Характерное значение ионного тока в пучке составляет I ~ 1 мкА при диаметре пучка 1÷2 мм и энергии ионов E0 = 0.2 ÷ 2.0 кэВ. Разброс по энергии ионов в пуч-

ке обычно составляет 5÷10 эВ, а его расходимость (разброс по углам) порядка одного градуса. Важным требованием к ионному пучку является отсутствие в нем ионов разного заряда и разной массы (изотопов), которые могут привести к уширению и появлению дополнительных линий в спектре.

172

Вакуумная система

В виду своей исключительной поверхностной чувствительности метод СРМИ накладывает более высокие требования к вакууму, нежели описанные ранее методы электронной спектроскопии. Желательный вакуум в камере анализатора СРМИ должен быть не хуже 10-9 Торр.

Энергоанализатор ионов

В качестве энергоанализаторов используют электростатические анализаторы, например, типа сферического конденсатора, работающего на пропускание по отношению энергии к заряду. В комплексной установке для исследования поверхности, оснащенной рядом аналитических методик, может использоваться один и тот же анализатор как для электронной, так и для ионной спектроскопии с возможностью смены полярности.

Для методов СРМИ также важно наличие прецизионного манипулятора образца, дающего возможность получать угловые зависимости интенсивности линий РМИ.

Сравнение возможностей методов СРМИ и СРБИ

Различие аналитических возможностей и областей применения методов СРМИ и СРБИ основано на зависимости спектров рассеяния от энергии ионов. Так, при переходе к ионам He+ с энергиями от нескольких сотен килоэлектронвольт до мегаэлектронвольт сечение рассеяния становится малым, конус затенения – узким и нейтрализация перестает играть существенную роль [8]. Поскольку эффективная нейтрализация и большая ширина конусов затенения являются основными причинами поверхностной чувствительности метода СРМИ, то метод СРБИ представляет собой объемный метод исследования и в основном используется для анализа приповерхностных областей твердого тела.

Однако ряд эффектов, проявляющихся в спектрах РБИ, позволяет также использовать его для исследования поверхностных слоев. К таким эффектам относится эффект «каналирования» при падении ионов в направлении кристаллических осей кристалла, сопровождающийся появлением острого пика рассеяния ионов на атомах

173

первого атомного слоя при затенении атомов всех нижележащих слоев.

Таблица 4.1. Сравнение основных характеристик методов СРМИ и СРБИ

Это позволяет использовать метод СРБИ для исследования поверхностной релаксации (см. раздел 4.8), а также структуры приповерхностных слоев образца (аморфная или кристаллическая). Метод СРБИ с энергиями ионов порядка мегаэлектронвольт называют еще методом обратного резерфордовского рассеяния (ОРР) и широко используют для анализа толщины тонких пленок и распределения концентрации элеменов по глубине. Этот метод также может использоваться для определения поверхностной концентрации атомов в нанокластерах на поверхности подложки, однако в этом случае получаемая информация представляет собой интегральную величину и может быть представлена в виде так называемой номинальной толщины, т.е. толщины сплошной пленки, получающейся при равномерном «размазывании» атомов кластеров по поверхности подложки. Основные характеристики методов СРМИ и СРБИ приведены в табл. 4.1.

174