7. Методика получения масс-спектра в методе вимс. Структура масс-спектра. Явление интерференции масс.

Пучок первичных ионов распыляет поверхность. Далее вторичные ионы попадают в энергетический фильтр (анализатор) и квадрупольный масс-спектрометр. Квадруполь сортирует ионы по отношению массы к заряду m/z . Далее ионы попадают в электронный умножитель. Масс-спектр представляет собой интенсивности вторичных ионов элементов в зависимости от массы (m/z). Масс – спектр получают при распылении образца с одновременным сканированием диапазона масс масспектрометром. Если поверхность образца распыляется очень медленно с удалением менее 1% верхнего монослоя, то спектр будет содержать как информацию, относящуюся к тому, какие элементы присутствуют на поверхности образца, так и пики, соответствующие молекулярным частицам с боле высокой массой. Это множество частиц в спектре позволяет получить химическую информацию, но вызывает многочисленные интерференции массы.

В к в а д р у п о л ь н о м м а с с - а н а л и з а т о р е, или ф и л ь т р е м а с с, разделение ионов осуществляется в поперечном электрич. поле с гиперболич. распределением потенциала. Поле создаётся квадрупольным конденсатором, между парами стержней к-рого приложены постоянное и ВЧ напряжения (рис. 7). Пучок ионов вводится в вакуумную камеру анализатора вдоль оси квадруполя через отверстие 1. При фиксиров. значениях частоты w и амплитуды перем. напряжения U0 только у ионов с определ. значением m/e амплитуда колебаний в направлении, поперечном оси анализатора, не превышает расстояния между стержнями. Такие ионы за счёт нач. скорости проходят через анализатор, и, выходя из него через отверстие 2, регистрируются, попадая на коллектор ионов. Сквозь квадруполь проходят ионы, масса к-рых удовлетворяет условию:

m=aU0/w2, (5)

где а — постоянная прибора. Амплитуда колебаний ионов др. масс нарастает по мере их движения в анализаторе так, что эти ионы достигают стержней и нейтрализуются. Перестройка на регистрацию ионов др. масс осуществляется изменением амплитуды U0 или частоты перем. составляющей напряжения.

Масс-спектр во многом зависит от параметров первичного пучка (растр, ток ионов, скорость травления). Для получения хорошего разрешения при профилировании площадь распыления должна быть намного больше площади детектирования( чтобы избежать вклад от боковых стенок 4-7% площади растра).

Интерференция масс - ????????

8. Вимс. Глубинный профиль распределения в методе вимс. Методика получения глубинного профиля. Выбор параметров получения глубинного профиля (область анализа, скорость травления).

Глубинные профили получают, если вместо сканирования массы спектрометром в процессе распыления на монитор последовательно выводится одна или более масс благодаря быстрому включению массы из общего числа масс. Детектируемый сигнал из выбранных частиц, получается, по мере возрастания глубины.

Тщательное глубинное профилирование требует равномерной бомбардировки площади анализа, а также, чтобы не было вклада ионов от стенок кратера или от близко расположенных частей установки. Для получения хорошего разрешения по глубине площадь распыления должна быть намного больше площади детектирования (анализа). Площадь распыления определяется растром первичного пучка. Последовательное распыление площади растра создает хорошо сформированный кратер прямоугольной формы. Площадь детектирования локализуется внутри растра посредством апертуры или электронного затвора. Пик профиля элемента существенно зависит от размера площади детектирования. (рис.5)

Если площадь детектирования является полным растром, то в слое будут детектироваться частицы, находящиеся выше действительной глубины слоя вследствие вклада от боковых стенок.

Распыление ≈ травление.

Выход распыления – это число распыленных атомов на 1 падающий первичный ион. Выход распыления увеличивается с энергией столкновения первичных ионов для всех элементов первичного пучка.

Скорость распыления зависит от:

4. Массы, энергии и угла наклона бомбардирующих ионов

5. Массы атомов образца, поверхностной связи образца

6. Плотности тока первичного пучка (ток пучка / площадь растра)

Первые два пункта содержатся в выходе распыления (распыленные атомы / падающий ион). Выход распыления в зависимости от атомного номера элемента таков, что зависимость является не монотонной, а выполняются периоды из периодической таблицы.

Скорость распыления в глубинном профиле прямо пропорциональна току первичных ионов и обратно пропорциональна квадрату размера растра. Ток первичного пучка и площадь растра являются основными переменными для ВИМС, которые позволяют изменять скорость травления и анализа примеси глубинного профиля.

Выбор скорости распыления достигается балансом между временем травления, разрешением по глубине, пределом детектирования и качеством формы профиля.

Увеличения скорости распыления может уменьшать разрешение по глубине, поскольку между точками данных будет большой интервал глубин. Но эта проблема может быть устранена, если для каждой точки данных уменьшить время детектирования.

Уменьшая слишком сильно размер растра, можно понизить качество профиля за счет вклада от боковых стенок. Рост тока пучка увеличивает размер зонда. Повышение скорости распыления может вызвать проблемы насыщения счета, если скорость счета существенно увеличивается.