硅基襯底中二次離子（簇）形成及能量分布的研究.pdf

1、y 7 7 1 8 7 7袒旦大擎學(xué)校代碼t [ 0 2 4 6學(xué) 號·■艄嘲碩士學(xué)位論文硅基襯底中二次離子( 簇) 形成及能量分布的研究奠系( 所) t 材瓣科學(xué)系專 業(yè)。 材料物理與化學(xué)姓 名； 王錚蠢- 1 1 , 羹并l ¨ 王家楫教授完成日期。 2 0 0 俾5 月9 日硅基襯底中二次離子( 簇) 形成及能量分布的研究第一章 引言二次離予質(zhì)譜是一種用于分折固體材料表面組分和雜質(zhì)的分析手段，具有很高的元素檢測

2、靈敏度以及表面和縱深兩個方向上的空間分辨本領(lǐng)，在微電子、催化、新材料等研究領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用。但是由于樣品表面二次離子發(fā)射機理的復(fù)雜，譜圖的解釋還是具有一定的不確定性．單一的譜圖往往只能反映一個統(tǒng)計的或綜合的現(xiàn)象，無法揭示更為深層的本質(zhì)。比如，在用二次離子質(zhì)譜對退火S O l 樣品進(jìn)行深度剖析時，發(fā)現(xiàn)單個硅離子、氧離子及硅氧離子在氧化層中的產(chǎn)額比在硅層中的高，惟獨硅硅離子簇是相反的。這一特別的現(xiàn)象為研究硅基襯底中離子簇的形成提供了一個切

3、入口。按一般的解釋，由于氧化層中氧的大量存在，正的單離子產(chǎn)額被大大地提高了：其次，由于氧化層中硅原子間距比硅層中的大，導(dǎo)致了離子簇直接從樣品表面發(fā)射的困難，因此離子簇計數(shù)在氧化層中下降。但是，本文在二次離子質(zhì)譜儀上對這些單離子和離子簇做進(jìn)一步的能量分布分析后．發(fā)現(xiàn)離子簇的發(fā)射機理在硅層和氧化層中是有所差別的。由于二次離子質(zhì)譜儀的分析是建立在樣品二次離子( 簇) 形成和發(fā)射的基礎(chǔ)上的，因此，盡可能地理清檢測到的離子信號，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)測

4、試方法，無論對于樣品的研究還是分析測試技術(shù)的提高都意義重大。二次離子發(fā)射的物理過程包括濺射和電離，向來是一個很復(fù)雜的問題，為此而建立的物理模型也很多，這些模型基于不同的假設(shè)，并經(jīng)受著各種實驗的驗證和修改。在眾多的模型中，比較成熟的有原子- 表面電子共振隧穿模型( a t o m ．s u r f a c e r e s o n a n t e l e c t r o n t u n n e l i n gm o d e l ) ?、化學(xué)

5、鍵斷裂模型( b o n db r e a k i n gm o d e l ) 1 2 l 、動力學(xué)模型( K i n e t i cM o d e l ) 【3 J 、自電離模型( A u t o i o n i z a t i o nM o d e l ) 【4 】、表面效應(yīng)模型( S u r f a c e E f f e c t M o d e l ) 【5 J 、絕熱表面電離模型( A d i a b a t i cS u

6、r f a c e I o n i z a t i o n ) t 6 I 、G r i e s 模型( G r i e s M o d e l ) t 7 ～1 、局部熱平衡模型( L T E M o d e l )等1 8 0 l 。在這些模型中．有些基本假設(shè)如西格蒙德( S i g m u n d ) 濺射理論和S c h r o e e r的表面電離理論具有很堅實的實驗支撐并被廣為接受。盡管有上述的物理模型被建立起來，人們對整個

7、二次離子發(fā)射過程的了解還是十分肽淺的。關(guān)于二次離子發(fā)射的研究還在孜孜不倦地進(jìn)行。二次離子發(fā)射的研究不但有助于元素的定量分析，還有助于定量地獲取固體表面的參數(shù)，如原子的表面束縛能、離子轟擊表面的電子功函數(shù)、固體表面的化學(xué)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)參數(shù)等1 9 J 。在二次離子發(fā)射的研究中，有～支很重要的分支是離子簇發(fā)射的研究。離子簇發(fā)射的研究通常分為兩個方面：離子簇的形成方式和帶電狀態(tài)。目前存在兩種離子簇形成模型【7 ．2 】：離子簇直接發(fā)射模型( c