
- •Курс лекций
- •Технологии наноэлектроники
- •Молекулярно-лучеваяэпитаксия.
- •Газофазная эпитаксия из металлоорганических соединений.
- •Нанолитография.
- •Разрешающая способность.
- •Оптическая литография.
- •Рентгеновская литография.
- •Электронная литография.
- •Ионная литография.
- •Возможности методов литографии в наноэлектронике.
- •Нанопечатная литография.
- •Процессы травления в нанотехнологии.
- •Процессы самосборки повторяющихся структур.
- •Самосборка в объемных материалах.
- •Самосборка при эпитаксии.
- •Пленки пористых материалов.
- •Пленки пористого кремния.
- •Пленки пористого оксида алюминия.
- •Пленки поверхностно-активных веществ.
- •Основные определения и механизмы.
- •Осаждение пленок пав.
- •Пленки на основе коллоидных растворов.
- •Основные определения и свойства.
- •Золь-гель технология.
- •Методы молекулярного наслаивания и атомно-слоевой эпитаксии.
- •Зондовые нанотехнологии.
- •Физические основы зондовой нанотехнологии.
- •Контактное формирование нанорельефа.
- •Бесконтактное формирование нанорельефа.
- •Локальная глубинная модификация поверхности.
- •Межэлектродный массоперенос.
- •Электрохимический массоперенос.
- •Массоперенос из газовой фазы.
- •Локальное анодное окисление.
- •Стм-литография.
- •Методы исследования наноструктур.
- •Сканирующая зондовая микроскопия.
- •Сканирующая туннельная микроскопия.
- •Атомно-силовая микроскопия.
- •Ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия.
- •Масс-спектроскопия атомов и молекул.
- •Определения и возможности.
- •Конструкции масс-анализаторов.
- •Вторично ионная масс-спектроскопия.
- •Электронные микроскопы.
- •Просвечивающие электронные микроскопы.
- •Растровые электронные микроскопы.
- •Метод дифракции медленных электронов (дмэ).
- •Метод дифракции отраженных быстрых электронов (добэ).
- •Оже-электронная спектроскопия.
- •Фото-электронная спектроскопия.
- •Полевая эмиссионная микроскопия.
- •Эллипсометрия.
- •Конфокальная сканирующая оптическая микроскопия.
- •Радиоспектроскопия.
- •Электронный парамагнитный резонанс.
- •Ядерный магнитный резонанс.
- •Ядерный квадрупольный резонанс.
- •Рентгено-структурный анализ.
- •Метод Лауэ.
- •Метод Дебая-Шеррера.
- •Компьютерный метод дш.
Метод дифракции отраженных быстрых электронов (добэ).
Mеmoд дифракции отраженных быстрых электронов основан на исследовании дифракции пучка быстрых электронов, падающих под скользящим углом на поверхность.
Получившаяся дифракционная картина будет служить характеристикой конкретного расположения атомов на поверхности.
Обычно используют потоки электронов с энергией E ~ 100кэВ, что соответствует длине волны излучения λ ~ 0,0037 нм. ДОБЭ-картина обычно состоит из длинных узких полос, перпендикулярных к краю тени, создаваемой образцом. Полосы располагаются на расстоянии t друг от друга (рис. 1.22).
Рис.1.22. Картина ДОБЭ, полученная от поверхности Si (111) при энергии 100 эВ.
Если расстояние между флуоресцентным экраном и образцом кристалла равно L (длина камеры), то t = L tg θ, а из закона Брэгга для решетки с параметром а следует
где h, k, l — индексы Миллера. Ввиду того, что λ << а. величина θ мала, и уравнение примет вид
a= λ∙(L/t)∙(h2+k2)0.5 (1.15)
Все параметры можно измерить либо вычислить. Метод ДОБЭ можно эффективно использовать для наблюдения дифракционных картин в ходе осаждения материалов на поверхность именно потому, что эксперименты проводятся при скользящем падении электронов.
Добавить, слабо по конструкции и по обработке, точности
Оже-электронная спектроскопия.
Среди известных электронно-спектроскопических методик особое место занимает оже-электронная спектроскопия (ОЭС).
Оже-спектроскопия является электронной спектроскопией, в основе которой лежат измерения энергий и интенсивностей токов оже-электронов, эмитированных атомами, молекулами и твердыми телами в результате оже-эффекта.
На рис. 1.8. представлен фрагмент электронной структуры атома; К, L1, L2 — три электронных уровня, занятые электронами частично или полностью. В процессе взаимодействия атома с электроном существует вероятность ионизации уровня К. Это произойдет тогда, когда энергия электрона E выше энергии потенциала ионизации электрона на уровне К. В результате взаимодействии образуется вакансия (дырка на орбите).
Рис. 1.8. Фрагмент структуры атома и схема оже-процесса.
Для атома такое состояние энергетически невыгодно. Этот уровень через некоторое время может быть заполнен, например, за счет перехода электрона с уровня L1. Стрелкой 1 обозначен такой переход. При этом выделится квант энергии hv = E L1- E K . Эта энергия может породить либо выделение кванта энергии в виде фотона, либо она будет передана электрону, находящемуся на уровне L2. Если этой энергии будет достаточно, то произойдет ионизация уровня L2, и будет испущен электрон. Эмиссия электрона обозначена стрелкой 2. Реализация эмиссии электрона с энергией электронного уровня представляет собой оже-процесс. Таким образом, эмитированный электрон носит название оже-электрон. В зависимости от принадлежности к определенной орбите электронной оболочки атома, из которой он был выбит, электрон носит название K -, L1 - или L2 - электрона. Если иметь в виду, что электрон определенного уровня определенного вещества имеет точно известную энергию, то по экспериментально определенной энергии оже-электрона можно определить его принадлежность определенному веществу. Подчеркнем, что энергия оже-электрона не зависит от энергии бомбардирующих электронов, а целиком определяется уровнем, занимаемым оже-электроном в атомной структуре исследуемого вещества.
Важно отметить, что метод оже-спектроскопии пригоден для анализа небольшой глубины, определяемой длиной свободного пробега электронов. Обычно длина свободного пробега не превышает 2—3 нм, она сопоставима с периодом кристаллической решетки. Поэтому метод оже-спектроскопии хорошо подходит для анализа тонких приповерхностных слоев.
Оже-электроны образуют на диаграмме N = N (E), где N — число электронов, E — их энергия, однополярный пик небольшой интенсивности (рис. 1.9а), который плохо различим на фоне неупруго рассеянных электронов.
Рис. 1.9. Распределение числа электронов но энергии (а) и та же кривая после дифференцирования (б).
Если продифференцировать распределение N = N (E), то фон исчезает, и на месте слабого сигнала возникает оже-сигнал колоколообразной формы. Этот пик легко регистрируется.
Основным блоком оже-спектрометра является энергоанализатор оже-электронов, конструкции которого разнообразны. Энергоанализаторы должны точно измерять энергию оже-электронов.
На рис. 1.10. представлены образцы оже-спектров сплава FeC. Оже-спектроскопия может производиться при возбуждении оже-электронов фотонным (рентгеновским) или ионным пучками. Соответственно оже-спектроскопия носит название рентгеновской (РОС) или ионной (ИОС) спектроскопии.
Рис. 1.10. Оже-спектры сплава FeC в точках 1 (б) и 2 (в). Точка 1 на поверхности соответствует включению железа, а точка 2 соответствует включению углерода.
Методом оже-спектроскопии можно зафиксировать наличие на поверхности 10-14 г вещества. Если распределить столь малое количество вещества на поверхности в один слой атомов, то оно будет соответствовать 10-3 монослоя.
Метод оже-спектроскопии, как правило, совмешают со сканирующим (растровым) электронным микроскопом. В таком методе возможна визуализация участка поверхности одновременно с анализом ее состава. Метод позволяет получить карты распределения различных элементов по поверхности с разрешением в десять нанометров.