Способ анализа атомной структуры поверхности

 

Изобретение относится к области анализа поверхности твердого тела методом спектроскопии рассеяния медленных ионов (СРМИ). Цель - повышение точности анализа атомной структуры поверхности. Измерение зависимостей интенсивности однократно упругорассеянных ионов от угла скольжения производят при двух фиксированных существенно отличающихся (не менее 20°) углах рассеяния и вычисляют межатомное расстояние для поверхности анализируемого образца по формуле D а = D э [SINα пэ (Q 1)-SINΑ пэ (Q 2)]/[SINΑ па(Q 1)-SINΑ па (Q 2)], где D а, D э - межатомное расстояния для поверхности анализируемого и эталонного образцов соответственно

α па (Q 1) и α па (Q 2) - критические углы скольжения, соответствующие поверхности анализируемого образца при фиксированных углах рассеяния Θ 1 И Θ 2

α пэ (* 22O 1) и α п3 (Θ 2) - табулированные значения критических углов скольжения, соответствующие поверхности эталонного образца при фиксированных углах рассеяния Θ 1 и Θ 2.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5l ) 5 G 01 N 23 203

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 02.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

{21) 4433835/31-25

1 (22) 31.05.88 8 !

71! Институт . таллофнзикн AH УССР (,72! А. A. Ко ячков, В. С. Трнлецкий и В. Т Ч репин (53) 548.312.2 (088.8) (56) Аптопп D. G. Applications of ion scattering 1п surfañe analysis. — Vacuum, v. 31, № 10 — 12, 1981, р. 417- — 428.

Аопо М. Souda R. Quantitative surface

Atomic structure analysis by low-епегду 1оп

scattering spectroscopy.— Jap. J. of Appl.

Phys., v. 24, 1985, ¹ 10, р. 1249 — 1262. (54) СПОСОБ АНАЛИЗА АТОМНОЙ

СТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ (57) Изобретение относится к области анализа поверхности твердого тела методом спектроскопии рассеяния медленных ионов (СРМИ) . Цель — повышение точности анаИзобретение относится к анализу поверхности твердого тела методом спектроскопии . --янин 1:едле;..н .:,;. ионов (CPMH) .

: „ель изобретения — повышение точности анализа атомной структуры поверхности.

Пример. Производят анализ поверхностей грани М, (111). Для этого используют предварительно измеренные значения критических углов скольжения а<, (170 )=49 0 и а, (80 ) =34,3 при бомбардировке поверхности М0 (.110) с хорошо известным межатомным расстоянием d, на поверхности в направлении (100), равным 3,1468 А ионам и Аг+ с э нер гие и 500 э В.

Помещают образец Afo (111) с неизвестной структурой поверхности в высоковакуумную камеру с возможностью вращения.

Ориентируют образец и фиксируют угол рассеяния 8=170, поворотом образца выставляют угол скольжения а=0 . Бомбардируют поверхность образца М0 пучком ионов Аг+

„„Я0„„1582098 А 1

2 лиза атомной структуры поверхности. Измерение зависимостей интенсивности однократно упругорассеянных ионов от угла скольжения производят при двух фиксированных существенно отличающихся (не менее 20 ) углах рассеяния и вычисляют межатомное расстояние для поверхности анализируемого образца по формуле d,=d (з1па„,(Hi)— — sineÄ(8 ))/(sinaÄ(6 ) — sina„(8g)), где d

d, — межатомные расстояния для поверхности анализируемого и эталонного образцов соответственно; а„(0 ) и n (8z) — критические углы скольжения, соответствующие поверхности анализируемого образца при фиксированных углах рассеяния 9 и 82, а„,(81) и а„(82) — табулированные значения критических углов скольжения, соответствующие поверхности эталонного образца при фиксированных углах рассеяния 9 с энергией 500 эВ при токе 4)(!О А. Регистрируют интенсивность однократно упругорассеянных ионов Ar+. Эту операцию повторяют для углов скольжения а в диапазоне от 0 до 50 с шагом 0,5 . Затем фиксируют угол рассеяния 8=80, и цикл измерений для различных значений угла скольжения а повторяют. По зависимости интенсивности однократно упругорассеянных ионов от угла скольжения а при фиксированных углах рассеяния 6=170 и 80 определяют критические значения а, (170 ) и а., (80 ) как значения углов скольжения а, соответствующие 1/2 от максимальной интенсивности сигнала однократно упругорассеянных ионов при фиксированных значениях угла рассеяния 170 и 80 соответственно. Эти значения равны соответственно 34,3 и 31 . Подставляют значения d„a „(170 ), а „(80 ), а„,(170 ), а, (80 ) в формулу. Получают межатомное расстояние на поверхности Мд

1582098

Составитель Т. Владимирс ва

Редактор А. Маковская Техред А. Кравчук Корректор А. Обручар

Заказ 2085 Тираж 497 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

l! 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4(5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, IOI,(111), равное 4,47 А, что хорошо соответствует объемному значению 4,44 А в этом же направлении, Ошибка при определении d, с оставляет 0,03 A при точности определения критического угла скольжения 0,25 .

При исследовании атомной структуры поверхности Мв (111) известным способом из-за неопределенности в выборе уровня нахождения критического угла скольжения

0,5 — 0,9 от максимальной интенсивности ,значение а (170 ) меняется от 49 до 52, При этом возникает неопределенность в измерении d, 0,2 A. При измерении того же

|расстояния предлагаемым способом с уче(гом того, что точность определения крити ческих углов скольжения составляет 0,25,,из-за неопределенности в выборе уровня

ja указанном диапазоне возникает неопре деленность в измерении d, в том же направ лении порядка 0,03 A. Здесь мы не учитываем ,дополнительную ошибку, вносимую в изме рения при применении способа-прототипа .из-за неопределенности выбора модельных потенциалов взаимодействия. В предлагаемом способе такая ошибка не возникает

:из-за отсутствия необходимости использования модельных потенциалов.

Таким образом, при применении ионов ,Аг+ с энергией 500 эВ предлагаемый способ обеспечивает в 4 — 7 раз более высокую точ ность, чем способ-прототип. При повышении точности измерений критических углов скольжения до 0,1 точность измерения межатомных расстояний повысится еще в несколько раз.

Предлагаемый способ обеспечивает повышение точности анализа атомной струк туры поверхности в 4 — 7 раз. Это связано с отсутствием необходимости использования модельных потенциалов взаимодействия, вносящих дополнительную погрешность при измерениях. Кроме того, поскольку в предлагаемом способе при вычислении межатомных расстояний берется отношение измеряемых величин, относящихся к эталонному и анализируемому образцам, критерий выбора уровня определения критических углов не оказывает существенного влияния на точность результатов. Еще одним преимуществом предлагаемого способа является то, что в предлагаемом способе не требуется проводить измерения при углах рассеяния, близких к 180, в отличие от способа-прототипа, в котором от этого зависит реальная точность анализа атомной структуры поверхности. Это важное преимущество, поскольку достижение углов рассеяния, близких к 180, сопряжено со значительными техническими трудностями. Это позволит проводить анализ атомной структуры поверхности на более широком классе установок, не имеющих возможность проводить измерения при углах рассеяния, близких к 180 .

Предлагаемый способ анализа атомной структуры поверхности эффективно применяется в таких важнейших областях народного хозяйства, как микроэлектроника, ядерная энергетика, каталитическая химия и др.

Формула изобретения

Способ анализа атомной структуры поверхности, включающий бомбардировку эталонных образцов с известной структурой поверхности и анализируемого образца пучком ионов, измерение зависимости интенсивности однократно упругорассянных ионов от угла скольжения при фиксированных

25 значениях угла рассеяния, определение по этим зависимостям критических углов скольжения и вычисление по ним межатомных расстояний, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа, измерение зависимостей интенсивности однократно упругорассеянных ионов от угла скольжения производят при двух фиксированных углах

8i и 8, отличающихся друг от друга не менее чем на 20, а межатомное расстояние на поверхности образца вычисляют по форяпа, (8Г) — siпа(8 ) а=4

si па Q8 >) — s i псаря„(8 ) где d, — межатомное расстояние для поверхности эталонного образца; а(8 ) и и (8 ) — критические углы скольжения, соответствующие поверхности анализируемого образца при углах рассеяния 8i и 8z, 8,) — критические углы скольжения, о кз(9д) соответствующие поверхности эталонного образца.