РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И МЕТАЛЛОВ
2.1. Методика получения микроструктур на поверхности твердых тел с помощью фотостимулированных реакций
Фотостимулированные реакции, рассматриваемые в данной работе, осуществлялись при помощи двух типов источников излучения:
* излучение дейтериевой (длина волны 120-300 нм, мощность 15 Вт) и ртутной (длина волны 200-500 нм, мощность 100 Вт) ламп. Применялось для изучения влияния дозы излучения, парциального давления хлора и температуры подкладки кинетику диффузионных процессов в приповерхностном слое проэкспонированных образцов и, следовательно, на интегральный квантовый выход фотостимулированных реакций.
* синхротронное излучение (СИ). Применялось для детального изучения спектральной зависимости квантового выхода фотостимулированных реакций. Большая ширина спектрального диапазона (1-300 нм), высокая интенсивность (до 10 Вт*см-2 в режиме непрерывной мощности), малая расходимость пучков возбуждения (ед мрад), а также возможность работы с использованием СИ без оптических окон делает применение СИ наиболее привлекательным с технологической точки зрения.
1.2.3 Установка для исследования влияния дозы излучения, парциального давления газа и температуры подложки на интегральный квантовый выход фотостимулированных реакций.
Экспериментальная установка для экспонирования образцов была разработана и смонтирована автором работы на основе загрузочной камеры Оже-спектрометра Riber LAS-620 (Рис. 2.1), что давало возможность исследовать поверхность проэкспонированных образцов методом Оже-спектроскопии, не подвергая их воздействию окружающей среды. Конструктивные особенности данной установки позволяли подвергать равномерному воздействию излучения и температуры образцы с площадью боковой поверхности до 5 см2 и проводить экспонирование образцов в активной атмосфере хлора при давлениях от 10-6 мбар до 10 мбар. Для экспонирования образцов использовалось излучение дейтериевой лампы (длина волны 120-300 нм, мощность 15 Вт) и ртутной лампы (200-500 нм, 100 Вт). Излучение попадало в реакционную камеру через LiF окно (интегральный коэффициент пропускания в интервале энергий фотонов 4,5 эВ < E < 11,8 эВ равен 0,82). В процессе эксперимента проводилась следующая последовательность действий: загрузка образца в реакционную камеру, откачка камеры до давления 10-7 мбар, удаление с поверхности образца естественной оксидной пленки методом травления ионами Ar+ с энергией 3 кэВ в течение одной минуты (необязательный этап), установка требуемой температуры образца, напуск хлора до необходимого давления (поскольку объем реакционной камеры достаточно велик и давление хлора в процессе эксперимента практически неизменно, нет необходимости в дополнительной системе обеспечения постоянного потока хлора), облучение образца, исследование химического и фазового состава пленки продуктов реакции методом Оже-электронной спектроскопии в сочетании с послойным стравливанием ионами Ar+ с энергией 3 кэВ, скорость травления 1нм/мин (необязательный этап).
Большая часть образцов (сколы кристаллов ZnSe, GaAs и полированные образцы металлической меди) травились без предварительной обработки, т.е. с тонким слоем окислов на поверхности. Для создания рельефных структур использовались маски из никелевой сетки (квадрат 50х50 мкм с толщиной проволочек 10 мкм). Были также получены образцы без наложения маски.
1.2.4 Установка для исследования спектральной зависимости квантового выхода фотостимулированных процессов.
Для изучения спектральной зависимости квантовой эффективности была использована установка на линии 3m-NIM2 синхротронного источника BESSY (Берлин, ФРГ). Образец располагался в специальной камере, отделенной от монохроматора системой дифференциальной откачки и диафрагмами. Это позволяло защитить монохроматор (Р ? 10-9 мбар) и накопительное кольцо (Р ? 10-10 мбар) от потока газа из рабочей камеры и существенно расширить диапазон энергии фотонов от 4 эВ до 70 эВ. Пятно света в нулевом порядке монохроматора имело размеры 1 мм х 2 мм, что определяло размеры облучаемой области на подложке. Спектральная селекция осуществлялась с помощью оптического монохроматора и светофильтрами. При использовании фильтра из LiF диапазон энергии фотонов составлял 4,5 эВ < E < 11,8 эВ. а в случае фильтра из CaF2 - 4,5 эВ < E < 9,6 эВ. Распределение интенсивности по спектру определялось тремя зеркалами и решеткой в монохроматоре. Световой поток фотонов при токе кольца 500 мА составлял величину порядка 1011 фотон/с•нм-1. Камера откачивалась турбомолекулярным насосом до 10-8 мбар. Постоянный поток хлора с необходимым давлением (10-2 - 10 мбар для GaAs, ZnSe, и 10-5 мбар для Cu) создавался с помощью высоковакуумной системы напуска из нержавеющей стали. Чистота исходного газа составляла 99,998%. Сколы кристаллов ZnSe, GaAs и полированные образцы металлической меди в данном случае травились без предварительной обработки. При съемке образцов, подвергнутых фотохимической обработке, использовались маски из медной фольги, закрывающие неосвещенные участки поверхности.
2.2. Методы исследования поверхности и приповерхностного слоя проэкспонированных образцов
2.2.1 Метод Оже-электронной спектроскопии.
Этот метод использовался для анализа химического состава локальных областей поверхности проэкспонированных образцов на Оже-спектрометре Riber LAS-620, а также в сочетании с послойным травлением ионами Ar+ с энергией 3 кэВ для построения профилей распределения элементов и соединений в пленке продуктов реакции. Давление в камере прибора составляло 10-7 мбар. Оже электроны возбуждались электронным пучком диаметром 0,1 мм, интенсивность пучка 100 мкА при 3 кэВ. Кинетическая энергия Оже электронов анализировалась цилиндрическим зеркальным анализатором с постоянной анализатора 1,72. Разрешение прибора 0,5%. Спектры обрабатывались на ПЭВМ, производилось сглаживание и разложение сложной линии на составляющие ее гауссианы. Калибровка спектров