Способ наблюдения в электронном микроскопе быстропротекающих процессов в полупроводниках
О0И САНИ Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
3I2327
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 10.1!.1970 (№ 1403292/26-25) с присоединением заявки ¹
Приоритет
Опубликовано 19Х111.1971. Бюллетень № 25
Дата опубликования описания 22.Х.1971
МПК H ОЦ 37/26
Комитет оо колам изобретений и открытий ори Совете Министров
СССР
УДК 621.385.833 (088.8) Автор изобретения
Н. Н. Седов
Заявитель
СПОСОБ НАБЛЮДЕНИЯ В ЭЛЕКТРОННОМ МИКРОСКОПЕ
БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Изобретение относится к способам электронномикроскопического исследования быстропротекающих явлений в полупроводниковых объектах.
Известен способ получения изображения рп-переходов, в полупроводниках путем возбуждения электронной эмиссии бомбардировкой поверхности полупроводников положительными ионами.
Известен способ стробоскопического освещения объектов пучком быстрых ионов, применяемый при исследовании периодических процессов в полупроводниках. При этом способе осуществляется импульсное периодическое освещение объекта ионным пучком с тем же периодом, с которым происходит исследуемый процесс на объекте. Поэтому на экране электронно-оптического прибора наблюдается одна определенная фаза процесса.
Улучшению разрешающей способности способа во времени до долей наносекунд, что требуется при изучении современных полупроводниковых приборов, препятствуют следующие причины:
1) с помощью импульсной техники, в которой используются электронные лампы, трудно получать импульсы длительностью намного меньше 1 нсек, следующие один за другим с частотой порядка сотен мегагерц:
2) применяемые ионные импульсные пушки генерируют пакеты ионов, различающихся по скоростям, что приводит к расплыванию пакета за время его движения от пушки до объекта, причем в обычных условиях время расплывания составляет несколько наносекунд, что также ограничивает разрешающую способность способа во времени.
С целью уменьшения длительности импуль10 сов освещения исследуемого объекта, не расплывающихся во времени, для освещения использу ют пучки монохроматизированных ускоренных ионов.
На фиг. 1 представлена схема для формиро15 вания коротких импульсов заряженных частиц; на фиг. 2 — блок-схема электронно-оптического устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство для формирования коротких им20 пульсов заряженных частиц содержит (см. фиг. 1) источник 1 ионов или электронов, создающий постоянный пучок заряженных частиц, пластины 2 и 8 для развертки пучка в вертикальном и горизонтальном направлени25 ях. На эти пластины подается синусоидальное напряжение со сдвигом фаз 90, что приводит к эллиптической (или круговой) развертке пучка на диафрагме 4. В диафрагме прорезана щель 5, через которую пучок проходит один
30 раз за период. Частота гармонического напря312327
55 жения, подаваемого на отклоняющие пластины, равна частоте исследуемого процесса на объекте или меньше ее в целое число раз. Для сдвига момента наблюдения применяется фазовращающее устройство, которое меняет фазу напряжения, подаваемого на пластины, и тем самым момент прохождения пучка через диафрагму.
Пластины вертикального отклонения применяются для того, чтобы при обратном ходе пучок не проходил снова через отверстие диафрагмы и не создавал ложного импульса.
Поэтому отклонение пучка в этом направлении может быть небольшим, и пучок может прочерчивать на диафрагме траекторию в форме эллипса. Для того чтобы проходящий диафрагму пучок продолжал двигаться вдоль оси системы, применяют дополнительный постоянный сдвиг пучка путем подачи постоянного напряжения на пластину вертикального отклонения, при этом отверстие располагают в центре диафрагмы.
Скважность освещающих импульсов опргделяется диаметром пучка на диафрагме и размахом отклонения в горизонтальном направлении.
В случае применения ионного пучка для предотвращения его расплывания при движении к объекту используется монохроматор скоростей ионов, находящийся перед входом в систему отклонения. Монохроматоры, например, электростатического типа состоят из пары электродов электростатического отклонения и селектирующей диафрагмы.
Блок-схема электронно-оптического устройства для наблюдения быстропротекающих процессов описываемым способом содержит источник ионов l (электронную или ионную пушку), монохроматор б скоростей частиц, необходимый в случае применения ионного пучка, отклоняющую систему 7, состоящую из двух пар пластин 2, 8, диафрагму 4 с отверстием 5, исследуемый объект 8. Объект является катодом иммерсионного объектива 9 эмиссионного микроскопа. Эмиттированные из объекта 8 под действием импульсного пучка заряженных частиц вторичные электроны ускоряются и фокусируются иммерсионным объективом 9 на экран 10 проекционного микроскопа, где наблюдается изображение объекта.
Генератор 11 вырабатывает синусоидальное напряжение с частотой исследуемого процесса. Это напряжение попадает на вход генератора 12, вырабатывающего сигнал, подаваемый на исследуемый полупроводниковый объект 8. Одновременно синхронизирующее напряжение попадает на фазовращающее устройство 18, а с его выхода на схему усилителя 14 синусоидального напряжения, вырабатывающего два гармонических напряжения с той же частотой и со сдвигом фаз 90 между ними для подачи на отклоняющие пластины системы 7.
В качестве фазовращающего элемента можно использовать искусственную линию задержки с переключением времени задержки. Роль задающего генератора 11 может выполнять генератор 12.
Таким образом, описываемый способ позволяет получить значительное (на два порядка) улучшение разрешения во времени.
Объектами исследования при использовании описанного способа могут быть различного рода высокочастотные периодические процессы в полупроводниках, например эффект Ганна и неустойчивости другого рода.
Описанный способ наблюдения осуществляется не только в эмиссионном электронном микроскопе, но также и в электронных микроскопах других типов: просвечивающих, растровых и зеркальных. Объектами исследования могут быть не только полупроводники, но также, например, ферромагнитные материалы и т. д., где могут исследоваться такие периодические процессы, как перемагничивание на высоких частотах.
Предмет изобретгния
1. Способ наблюдения в электронном микроскопе быстропротекающих процессов в полупроводниках на основе стробоскопического освещения исследуемого объекта заряженными частицами, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности способа во времени, используют эллиптическую развертку пучка заряженных частиц, освещающих исследуемый объект, относительно диафрагмы с отверстием, через которое пропускают пакеты заряженных частиц, освещающих исследуемый объект.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения длительности импульса освещения исследуемого объекта, для освещения используют пучки ускоренных электронов.
3. Способ по и. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения длительности импульсов освещения исследуемого объекта, не расплывающихся во времени, для освещения используют пучки монохроматизированных ускоренных ионов.
312327
Фиг У
Фиг 2
Составитель Т. М. Горчакова
Редактор Т. 3. Орловская Техред Т. П. Курилко
Корректоры: В. Петрова и E. Ласточкина
Заказ 2936/7 Изд. № 1208 Тираж 473 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
