Материал: Диагностика наноматериалов и наноструктур. Акулинин С.А., Проскурина И.С

ции по глубине получают путем непрерывной регистрации элементного состава на дне кратера в ходе распыления (или после прекращения травления). Ионная бомбардировка, проводимая одновременно с электронной, оказывает малое влияние на Оже-анализ, поскольку число вторичных электронов, возбуждаемых ионным пучком, намного меньше, чем при возбуждении первичным электронным пучком.

Образец

Рис. 2.13. Послойный элементный анализ методом ЭОС с ионным травлением

При послойном анализе разрешение по глубине определяется несколькими факторами. К ним относятся однородность ионного пучка на исследуемом участке поверхности, глубина выхода Оже-электронов и однородность образца. Потерями в разрешении из-за неоднородности ионного пучка можно пренебрегать в тех случаях, когда его размеры велики по сравнению с электронным пучком. Вклад глубины выхода составляет несколько ангстрем и остается постоянным в процессе распыления. Наиболее важным фактором, ограничивающим разрешение по глубине, является неоднородность об-

41

разца, обусловленная неодинаковой толщиной тонких пленок на исследуемых поверхностях, наличием поликристаллических зерен, сравнимых по размерам с толщиной пленки, а также образованием выделений элементов пленки. Эти артефакты можно устранить, применив метод деконволюции к полученному профилю концентрации.

Непрерывная регистрация спектра в процессе ионного травления применяется также для контроля очистки поверхности. Уменьшение и последующее исчезновение линии углерода (если углерод не входит в состав исследуемого образца) свидетельствует об удалении адсорбата, кислорода – о полном стравливании окисла.

2.4. Качественный и количественный анализ

Цель качественного анализа поверхности твердых тел методом ЭОС – определить наличие того или иного элемента, получить, если это возможно, информацию о химических связях этого элемента с компонентами матрицы и дать приблизительную оценку его концентрации.

Количественный анализ методом ЭОС применяется для определения концентрации присутствующих на поверхности элементов с указанием границ доверительного интервала или стандартного отклонения для измеренной величины содержания компонента. Точность элементного анализа определяется возможностями используемой методики анализа.

Качественный анализ. После записи Оже-спектра необходимо определить, каким именно химическим элементам соответствуют зарегистрированные максимумы спектра. Для такой идентификации используются справочники с таблицами энергий Оже-переходов и атласы эталонных Оже-спектров.

В процессе обработки и анализа Оже-спектров широко используются такие методы численного анализа экспериментальных данных, как вычитание фона (рис.2.14), фильтрация шума, дифференцирование спектра N(E) (см. рис. 2.15) сгла-

42

живание, усреднение, аппроксимация формы линии функцией Гаусса:

Программные средства для обработки Оже-спектров обычно включают основные методы численного анализа, часто используемые в спектроскопии, а также базы данных об энергиях и относительной интенсивности Оже-переходов.

Исходный спектр

Аппроксимация фона полиномом второго порядка

Спектр после вычитания фона

Рис. 2.14. Пример первичной обработки Оже-спектра образца серебра при помощи программы Origin 6.1: вычитание фона.

При использовании функции Гаусса для описания линий в интегральных спектрах N(E) под энергией максимума Em понимают положение максимума (значение параметра х0) подгоночной гауссианы. Ширину пика Е оценивают как полную ширину гауссианы на уровне 1/2 максимума (FWHM

– Full Width at Half Maximum) Е = 2 . В качестве интенсив-

ности линий берут амплитуду A или интегральную интенсивность I (площадь под гауссианой).

43

Рис. 2.15. Параметры спектральных линий

Вдифференциальных спектрах dN/dE (рис. 2.15б) под

величиной Em понимают спектральное положение минимума, ширина пика определяется как расстояние между максимумом

иминимумом по шкале энергий, интенсивность (амплитуда) - как разность значений в максимуме и в минимуме, под интегральной интенсивностью пика понимают амплитуду, умноженную на ширину.

Врезультате измерений и математической обработки полученных спектров по положениям пиков, не проводя дополнительных измерений, можно качественно определить на-

44

личие того или иного элемента на поверхности и его приблизительную концентрацию. В ряде случаев, при регистрации химсдвигов можно определить химическую форму определяемого элемента.

Количественный анализ. Для проведения количественного анализа методом ЭОС необходимо установить связь между током Оже-электронов данного элемента и концентрацией этого элемента в поверхностной области. Ток Ожеэлектронов, возникающих в результате Оже-перехода WXY в элементе α можно записать в виде:

потока первичных электронов;

Ew – энергия внутреннего уровня W;

σα(E, Ew) – сечение ионизации внутреннего уровня W; Nα(Z) – атомная концентрация элемента α на глубине Z от поверхности;

λ – глубина выхода Оже-электронов;

exp(-Z/λ) – вероятность выхода Оже-электрона; γα(WXY) – вероятность Оже-перехода WXY.

Для простоты предполагается двумерная однородность элементного состава в слоях, параллельных поверхности.

Для дальнейшего уточнения можно предположить трехмерную однородность химического состава в области, где значительна вероятность выхода. Кроме того, имеет смысл разделить плотность возбуждающего потока на две компоненты: I p (E, Z ) I p IB (E, Z ) , где I p – первичный возбуждаю-

45