Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Взаимодействие электронного пучка с веществом. Области генерации различных явлений. Образование Оже-электронов, вторичных электронов, рентгеновского излучения.
|
|
Рентгенограммы и дифрактограммы. Гашение некоторых рефлексов. Графическое определение индексов Миллера и периода кристаллической решетки. Применение рентгеноструктурного анализа в производстве изделий микроэлектроники. Определение угла разориентации кремниевых пластин.
Рентгенограмма -зарегистрированное на светочувствительном материале (фотоплёнке, фотопластинке) изображение объекта, возникающее в результате взаимодействия рентгеновских лучей с веществом. При освещении объекта рентгеновскими лучами может происходить поглощение, отражение или дифракция рентгеновских лучей. Пространственное распределение их интенсивности после взаимодействия и фиксируется на рентгенограмме.
Дифракционные рентгенограммы получаются в результате дифракционного рассеяния рентгеновского излучения кристаллическими образцами.
Схема дифракции рентгеновских лучей. Формула Брэгга-Вульфа.
Применение рентгеноструктурного анализа:
- Информация о форме и структуре кристаллов
- Определение параметров решеток
- Идентификация неизвестных материалов
- Определение ориентации монокристаллов
- Обнаружение и определение примесей в образце
- Выявление напряжений и дефектов в твердых телах
Определение ориентации кремниевых пластин и угла
разориентации в плоскости поверхности осуществляются
оптическим методом (методом световых фигур) либо
рентгеновским дифрактометрическим методом.
В случае несовпадения плоскостей (hkl) с исследуемой поверхностью кремниевой пластины отражённый рентгеновский луч образует с поверхностью пластины угол, отличающийся от угла дифракции θ.
Со стороны рентгеновской трубки угол между лучом и поверхностью θ -φ, а со стороны детектора θ +φ. Именно на этом основан принцип измерения угла разориентации. Если записать угловое положение образца относительно детектора в этом положении θ 1=θ +φ, а затем повернуть образец в собственной плоскости на 180° вокруг оси, перпендикулярной рентгеновскому лучу, то из принципа обратимости хода лучей в новом положении отражение будет наблюдаться при угловом положении образца θ 2=θ +φ (рис. 7-6). Тогда величина угла разориентации будет равна: φ = (θ 1-θ 2)/2.
Взаимодействие электронного пучка с веществом. Области генерации различных явлений. Образование Оже-электронов, вторичных электронов, рентгеновского излучения.
Взаимодействие электронного пучка с твердым телом:
- Упругие
- Неупругие
При упругом рассеянии изменяется направление вектора скорости электрона, а ее величина и, следовательно, величина кинетической энергии фактически остается постоянной. Упругое рассеяние происходит в результате столкновений электронов высокой энергии с ядрами атомов, частично экранированных связанными электронами. В результате упругих взаимодействий электрон может покинуть образец. Такой электрон называется отражённым.
При неупругих взаимодействиях траектория электрона изменяется мало, при этом происходит передача энергии твёрдому телу. Неупругие взаимодействия происходят между электронами пучка и электронами образца. Благодаря неупругим взаимодействиям возникают:
- вторичные электроны
- непрерывное рентгеновское излучение
- характеристическое рентгеновское излучение
- оже-электроны
- колебания решётки (фононы)
- электронные колебания (плазмоны)
- электронно-дырочные пары
- катодолюминесценция
Взаимодействие электрона пучка с твёрдым телом может привести к высвобождению слабо связанных электронов зоны проводимости (т.н. медленных вторичных электронов). При взаимодействии происходит передача энергии порядка нескольких электрон-вольт. Электрон, обладающий такой энергией, способен покинуть образец только в том случае, если он в момент приобретения этой энергии находился в приповерхностном слое. Следует также упомянуть, что существует два возможных источника образования вторичных электронов: падающие электроны зонда и отражённые электроны, покидающие образец (Рис. 1). Поэтому плотность и направление вторичных электронов зависит от рельефа поверхности. Регистрируя вторичные электроны можно получить информацию о рельефе поверхности.
Электрон с высокой энергией претерпевает торможение в кулоновском поле атома. Потеря энергии электрона при таком торможении преобразуется в квант рентгеновского излучения, которое называется тормозным рентгеновским излучением.
Электрон, обладающий достаточно высокой энергией, при взаимодействии с атомом может вызвать освобождение сильно связанного электрона с внутренних оболочек, в результате чего атом оказывается ионизованным в высокоэнергетическом состоянии. Последующая релаксация этого возбуждённого состояния приводит к эмиссии характеристического рентгеновского излучения. Образовавшийся квант излучения может провзаимодействовать с электроном внешней оболочки не покинув атома (внутреннее преобразование). При этом электрон покидает оболочку атома. Такие электроны называются оже-электронами. Необходимо отметить, что в результате оже-процессов образующиеся оже-электроны могут покидать как внутренние оболочки атомов, так и зону проводимости или уровни внутри запрещенной зоны (в зависимости от возможных переходов и концентрации носителей).
Под областью взаимодействия электронного пучка с веществом принято понимать объем вещества, в котором электроны падающего на образец пучка теряют всю свою кинетическую энергию.
Областью генерации называют объём, в котором происходит рассматриваемое явление (катодолюминесценция, рождение рентгеновского излучения и т.д.). Каждому явлению соответствует своя область генерации (Рис.5). Области генерации для разных явлений отличаются друг от друга и от области взаимодействия по объёму и форме. Размеры области генерации какого-либо процесса определяются его энергией активации.
18. Электронно-зондовые методы анализа. Упругие и неупругие взаимодействия электронов с веществом. Формирование топологического и морфологического контрастов изображения поверхности вторичными электронами .
Электронно-зондовые методы – физ. методы исследования и локального анализа поверхности твердых тел с помощью пучка сфокусированных электронов (зонда). Пучки электронов получают с помощью электронной пушки – вакуумного устройства, обычно диода, в котором электроны вылетают из катода благодаря термоэлектронной эмиссии и ускоряются электрическим полем.
После взаимодействия пучка первичных электронов с поверхностью исследуемого образца можно регистрировать упруго или не упруго рассеянные электроны, вторичную электронную эмиссию, электромагнитное излучение в рентгеновской или оптической области, наведенный в образце электрический ток или ЭДС.
Электронно-зондовые методы:
1 Методы исследования топографии поверхности и кристаллические структуры твердых тел (Электронная микроскопия, трансмиссионная (ТЭМ), растровая (РЭМ), методы дифракции медленны и быстрых электронов (ДМЭ, ДБЭ))
2 Методы локального анализа (рентгеноспектральный микроанализ (РСМА), катодолюминесцентный микроанализ (КЛМА), электронно-зондовая масс-спектроскопия (ЭМС), оже-спектроскопия (ОС))
3 Методы исследования электрофизических характеристик и электронный структуры твердых тел (ДБЭ, ДМЭ, наведенной ЭДС)
Топографический контраст обусловлен формированием выхода вторичных электронов за счет рельефа поверхности, так как меняется угол наклона как облучения первичным пучком, так и эмиссии вторичных электронов. Так, при угле наклона поверхности в 650 изменение его на 1 – 2 градуса приводит к изменению яркости более, чем на 10 %. Характерной чертой топографического контраста является повышение яркости изображения острых вершин, который связан с условиями более эффективного улавливания вторичных электронов от них на детекторе.
Топографический контраст возникает за счет того, что отражение электронов и вторичная электронная эмиссия зависят от угла падения пучка на образец. Угол падения будет меняться из-за неровностей (топографии) образца, приводя к образованию контраста, связанного с физической формой объекта. Топографический контраст — это наиболее часто встречающийся контраст в растровой электронной микроскопии общего назначения.
|
|