Исследование методом спектроскопии полного тока электронной структуры и эмиссионных свойств поверхности ЩГК и монокристаллов W и Mo, имплантированных щелочными ионами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

л АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ т. У. А. АРИ40ВА

з о£В г

На правах рухописи УДК 537.533:337. 534

БОЛТАЕВ ЙОДИР НИЭАМОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ СПЕКТРОСКОПИИ ПОЛНОГО ТОКА ЭЛЕКТРОНВДОИ СТРУКТУРЫ И ЭМИССИОННЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ Ш И МОНОКРИСТАЛЛОВ V И Мо, ИМПЛАНТИРОВАННЫХ ЩЕЛОЧНЫМИ ИОНАМИ

01.04.04. - Стоическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата ¡псэ -иатеиатэтескк наух

ТАШКЕНТ - 1994

Работа выполнена в Институте электронно им. У. А. Арифова Академии Наук Республики Узбекистан.

Научный руководитель: Кандидат физико-математических

наук, старший научный сотрудник АТАБАЕВ Б. Г.

Официальные оппоненты : Доктор физихо - ыатеыатическю

наук КРЕМКОВ М.В. Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ЗИНОВЬЕВ A.B.

Ведущая организация Ташкентский ГосударстаенннЛ

Технический Университет им. Абу Райхой Беруни

Занята состоится " 19 " января 1995 г. в 14 " час. на заседании Специализированного Совета Д.015.23.21. Институте электроника им. У. А. Арифова АН РУз. по адресу: 7001; Ташкент^ ГСП, Академгородок.

С диссертацией мохш ознакомиться в библиотеке Института электроника им. У. А. Арифова АН РУз.

Автореферат разослан " " декабря 1994г.

Зам. председателя .

Специализированного. Совета Д.01S.23.21. у^"4^ доктор физико-математичесюи наук ПОЖАРОВ C.JL

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы: Изучение взаимодействия потоке атомных частиц о твердим телом является одним из важных направлений физической электроники, физики твердого тела и других областей науки и техники. Повышенный интерес к изучению явлений, происходящих яри облучении твердого тела заряженными частицами, обусловлен тем, что на современном этапе развития радиационной физики актуально получение экспериментальных данных о типах дефектов на поверхности ионных кристаллов и их пленок. Кроме того для решения ряда задач эмиссионной электроники необходимо создание эффективных катодов, устойчиво работавших в условиях плазмы и ионной бомбардировки. В последние годи особенно возрос интерес к исследованиям эмиссионных характеристик тугоплавких металлов [7], имплантированных ионами щелочных и целочяо-земельных элементов.

Облучение ионизирующими излучениями является одним из наиболее радикальных способов изменения физических свойств поверхности материалов, Практический интерес к этому вопросу зызвая, с одной стороны, необходимостью выяснить причины нежелательных изменений свойств облучаемых материалов и найти всзмо.таости эффективной борьбы с такими изменениями, а с другой стороны - направленные, выгодные изменения свойств материала и найти им применения.

Для улучшения характеристик гетеро-эпигахсиалъных структур ШГК-полупроводниксв используют предварительное электронное или ионное обличение диэлектрических подложек. Предполагается, чте облучение приводит к образованию вакансий галоида, чем стимулирует параллельную ориентацию электронных связей в напыляемой подложке. Знание процессов дефектообразования в эпитаксиальяых слоях ^оридов аелочно-зеиоль.чых металлов С ПЕМЗ на

- * -

полупроводниковых основах имеет большое значение для решения ряда практически важных задач микроэлектроники. Точечные дефекты в слоях фторидов ¡¡¡ЗМ существенно влияют на электрофизические свойства самой пленки и на качество выращиваемых на них эпитаксиальних слоев полупроводниковых материалов. В связи с этим исследование процесса дефектообраэования на поверхности ПШ. стимулированного электронным или ионным облучением важно для выяснения оптимальных режимов роста эпитахсиальных пленок высокого качества, определения радиационной стойкости различных полупроводниковых приборов и разработки технологий контролируемого создания дефектов заданного типа.

Существенный интерес предстагляет также исследование процессов накопления заряда в диэлекрихах при облучении электронами средней энергии. Широкое применение находят диэлектрики и в технстогки производства приборов микроэлектроники, где их зарядка в процессе радиационного воздействия является отрицательным фактором. С другой стороны, процессы зарядки могут играть существенную роль при росте пленок на диэлектрических подложках из конно-молекулярных пучков,' при лазерном и плазменном напылении, а также при облучении растуаей пленки электронами и ионами.

Цель работы: Целью настоящей работы являлось изучение изменения эмиссионных свойств и электронной структуры поверхности ЩГК при облучении электронами и положительными ионами, а также монокристаллов V и Мо, имплантированных щелочными ионами.

Основной подход к решению данной задачи заключался в применении назкоэнергетической спектроскопии полного тока (СНГ) и исследования изменения. . энергетического спектра вторичных электронов.

Основными задачами исследования являлись следующие:

-Разработать новые и усовершенствовать известные электронно -спектроскопические методы исследования эмиссионных свойств, электронной струхтуры и процессов дефекгоофаэования в кристаллах и пленках ИГК. происходивших при их электронном и ионном облучении;

-Исследовать спектры полного тока пленок CaF2 и KCl, напыленных на SiC1113. а также влияние электронного и ионного облучения на электронную структуру и дефектообраэование в них по энергетическому положению и интенсивности максимумов спектра полного тока;

-Исследовать начальные стадии формирования тонких пленок ЩГК, ЩЗЭ в зависимости от температуры подложки;

-Исследовать взаимосвязь процессов вторичной эмиссии и потенциала поверхности ШГХ при облучении электронами;

-Исследовать методом СПТ изменение работы выхода монокристаллов МоСПОЗ и WC110) при их облучении ионами Cs+.

Научная новизна, работы заключается, в следующем:

В работе впервые:

-экспериментально показана возможность исследования начальных стадий формирования тонких пленок и процессов дефектообразо-вания методом CHT во время облучений электронами и ионами;

-исследовано влияние температуры подлсиш Si на дефектную структуру образующихся на ней диэлектрических пленок;

-проведена оценка критических размеров островков на начальной стадии роста пленок ШГК по зависимости потенциала поверхности от эффективной толаины покрытия. Обнаружен факт изменения фоновой составляющей спектра ПТ KCl в процессе электронного облучения, что свидетельствует об изменении в»личикы

- 6 -

электронного сродства поверхности ШГК;

-определены величины поверхностного потенциала диэлектриков при облучении электронами по смещении кривой энергетического распределения вторичных электронов с одновременным измерением коэффицента вторичной электронной эмиссии, при этом обнаружено влияние типа и концентрации дефектов в НТК на величину потенциала зарядки;

-экспериментально обнаружено, что на поверхности монокристаллов WC110) и MoCllO) при облучении ионами Csf средних энергия СЕо5 3 кэВ) наблюдается два первичных пика спектра полного тока, что свидетельствует о пятнистости поверхности по работе выхода.

Научная и практическая ценность работы: Полученные экспериментальные результаты представляет интерес для физик» поверхностных явлений и взаимодействия атомных частиц с поверхностью твердого тела и позволяют определить необходимые условия изменения эмиссионных свойств и электронных структур* поверхностная областей твердых тел. Предложенный автором метод -исследование динамики изменения особенностей спектров полной тока, является способом количественного определения кондентрадш дефектов, образуемых в тонких диэлектрических пленках и контроле изменения работы выхода во время облучения электронами и ионами. На защиту выносятся следующие положения: 1. Методика для комплексного in situ исследования процессе; дефектсюбраэоваяия, зарядки, изменения эмиссионных своас: (сродство х электрону, ра'бота выхода твердых тел) во врем облучения электронами и ионами с использованием возможносте спектроскопии полного тока. Методика применима для контрол дефектов различного типа на поверхности диэлектриков эп^деленяя их концентрации по зяергетич&скому положению

интенсивности спектральных максимумов а изменения работы выхода по перзичнсму пику з спектрах полного тока.

2. Изменения особенностей спектров полного тока в процессе облучения тонких пленок CaFt, KCl пучками -электронов и ионов обусловлены возбуждением лекальных электронных состояний в запрещенной зоне диэлектрика, соотаетствусадх дефектам различного типа.

3. Уценьвение поверхностного потенциала с ростом дозы облучения ' поверхностей IlaCl и KCl при бомбардировке электронами связано с уменьшение» коэффициента вторичной электронной эмиссии и образованием точечных дефектов.

,4. Расаеплеиие первичного пика в спектрах полного тока связано с кинётпхой формирования пленочной системы Cs-металл, свидетельствуггеэ о пятнистости поверхности по работе выхода.

: Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались в обсукдалясь иа научных семинарах Института электроники Акадэдка Наук Республика Узбекистан, а также на следуюаих Международных, Всесовэншс и Республиканских семинарах и конференциях: -ВсэсовзянЗ спгяозяуы. посвяиешпй паыятэ акад*мих& Академия Наук Узбекистан У. А. Арифова "Взаимодействие атомных частиц с поверхноетьо твердого тела" СТажкент, 1389); -Конференция иолодых ученых и специалистов "Научные основы и конструирование приборов для научных исследований и автоматизации эксперимента" (Ташкент, 1989);

-Ме*дун2ро£кая конференция "Ion bean Modification of Materials CIBMW-90) (Knoxville, USA. 1990);

-VII Всесопзныа симпозиум по ВЭ, ФЭЭ и спектроскопии твердого тела СТаваен*. 1991);

-Всесоюзная конференция "Модификация свойств конструкционных

материалов пучками заряженных частиц (Свердловск, 1991); -Inter.conf. of Surface nodiflcation of metals by ion Beans. (Washington, USA. 1991);

-XI конференция "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Москва, 1993); с

-5th International conference on electron spectroscopy (Kiev, Ukraine. 1993);

-VII Международный симпозиум по БЭ, ФЭЭ и спектроскопии поверхности твердого тела (Ташкент, 1994);

Публикации. По материалам .диссертации опубликовал«? 14 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем диссертации' 136 страниц, кэ них основной текст занимает 96 стр.,' рисунки и таблицы 42 стр., список литературы . включает 110 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность выбранной темы. исследований, изложено состояние вопроса, сформулированы цель работы, постановка задачи, основные положения выносимые на защиту, и показаны новизна, научное а практическое значение - полученных результатов.

В первой глазе приводится ебэср и анализ научной литературы, характеризующий современное состояние исследований и основ-, ные результаты изучения из«*?яе«иЯ электронной структуры % эмиссионных свойств твердого тела под воздействием электронов и ионов.

Вторая глава -"Методика . измерений и экспериментальниэ установки". В п. 2.1 описаны'установка и методика исслет:2ак;;й начальной стадии формирования тонких пленок и дефектообр^сзаикя

ара облучении электронами а ионами, измерения спектров полного тока. Описаны конструкция, режимы работы экспериментального прибора, подробно рассматривается экспериментальная реализация нетода СГТГ, св&рхвысоковакуумная система и элементы экспериментальной установки. Конструкция экспериментальной установки предусматривала ряд дополнительных устройств, позволяемых осуществлять комплексное воздействие на образец при проведении измерений, не нарушая вакуумных условий. Осаждение пленок КС1 и СаРг осуществлялось термическим испарением из соответствующего тягля. Испаритель КС1 представляет собой трубку с закрытым дном, на которую намотана нихромовая спираль. Испаритель обеспечивал получение температур 500-600°С для напыления пленок КС1 на кремний. Испаритель для получения пленок Са?г представляет собой тигель с двумя отсеками, выточенный из графитового прутка. .В первый отсек закладывается испаряемое вещество., во второй -помещена спираль подогрева. Нагрев тигля осуществляется электронной бомбардировкой пря токе -100-200 мА, ускоряюще« напряжении 600 В. Иокаая пушка состояла из ионного источника, работающего на основе явления поверхностной ионизации галоидных солей щелочных металлов с яоепедуещеа сепарацией от нейтральных атомов в -поле цилиндрического электростатического конденсатора и ионно - оптической системы, аналогичной использованной в электронной пушке. Такой источник а сочетании с цилиндрическим конденсатором дает возможность получить достаточно моиохянетичес-клэ ионные пучхя (без примеси атомов и молекул) на мишень с интенсивностью ~10"вА/см8 в диапазоне энергии 50-3000 эВ. . Для облучения образцов электронами Сдля генерации точечных дефектов) более высокой энергии используется электронная пупка. Она. позволяет получать электроны с энергией 5 кэВ я плотность» тока

10'* А/сы2. Зощдаруодий пучок электронов СНГ падает на кипень по нормали. Все остальные потоки Сэлектроны, ионы 'л напыляемые молекулярные потоки) падает пол углом £3°. Конструкция систеьа образца представляет собой танталовы?. цилиндр, внутри которого смонтирована вольфрамовая спираль. К торну цилиндра крепится с поыооью специальных лапок-держателей исследуемый образец. К боковой части образца подведена W - Re термопара, обеспечлзапцая контроль за температурой образца в диапазоне от 20 "С до £000 "С.

В п. 2.2. описывается конструкция >.;еталло-стеклянно2 свэрх-высоковакуукноа установки. Конструкция . вакуумного прибора- . определялась тей, что он долген обеспечетъ создание точзчжа дефектов и измерение потенциала поверхности и коэффициента а при тех же услозгях эксперимента С 43. Предусматривалось создание центров окраски предварительным электронна* otísyчекаём кристаллов при заданной энергии » китенслыгастях. Такой способ воздействия позволяет изменять концентраций центров окраска тс ддау окразеккого слоя кристалла 163. Прибор содержи? эяеэтрогнуо с ионнув щгску, приемную часть к эвэргоаналаэатор .вторачзьз: чг&ш,. Источники электронов а ионов конструктивно соьиеабны' так. чтоби дальнейзеэ ускорение и фокусарогг.а частиц ыэгда ерэзодаез одшоа и тема хе электростатическими линзауа и хоявзсфургиа дошф.: Приемная часть прибора состояла ет подогреваемого' дергггеяя. образцов, цилиндрического коллектора с гцгпдашатронноЗ сеткой .я' охранного цилиндра,- Энергоакарзатором слугил. 127* цилиндрический конденсатор топа. Еза-Роханского. Прозедагэ через ^ конденсатор электроны собирается цилиндров Фарадея, Запись спектра электронов осуществлялась на двухксордияатаом потенциометра после предварительного усиления сигнала электрометром. Дефекты в образцам создавались при форсированном

регпме работы электроннсг*. луияя С тех на нишенъ % 2-10"' А/смг, энергия электронов =5 3-5 хзЗ). Для зарядки образца, измерения потенциала поверхности я коэффициента а сыля использованы значительно меньшие плотности тока я энергии электронов СI %

lO-'-lO-'Vca2. £ = 30-1000 эВХ р

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований начальной стадии формирования и дефектообразования тонких пленок KCl и Caf выраженных на кремниевой подлоххе.

В п. 3.1. обсуждаются результаты влияния реяямоз напыления на формирование пленки KCl и СаРг на Si(lll). Подложка из SIC 111) з виде пластинки размером 12x12x0,3 мм3 для снятия поверхностного окисла подложка прогревалась в сверхвысоком вакууме СЮ"* Topp) при температурах зц000-1100°С в течение нескольких часов. Процесс очистки контролировался изменением спектра полного тока, записанным при разных температурах, и прекрааался. когда в последовательных вспышках прекращалось изменение работы выхода и формы спектров полного тока. Скорость напыления KCl определяли в отдельном градуировочнои эксперименте. Кремниевая подложка нагревалась до температура, обеспэчзвасаей 100*; поверхностную ионизацию падающих на нее молекул KCl. По величине тока положительных жоноа в цепи "коллектор-оораоец" определялась интенсивность молекулярного погожа, отражающегося от поверхности подложки при заданной температуре испарителя. По известной интенсивности молекулярного потока к временя напыления производилась оценка толщины напыляемой „плеюся KCl в основном эксперименте. Скорость напыления

о

не превышала 8 Аши. Формирование сплошной пленки завершалось в течение % 30 мин. Такая скорость напыления обеспечивала неизменность характеристик пленки при заданной ее толишне пленки, для которой проводилась запись спектра полного тока. Формирование

структуры спектров полного тока полностью заканчивается прг толаинэх пленки KCl d=100A.

С ростои толщины пленки наблюдается сдвиг первичного пика е сторону меньших энергий.' .Скеаеяие первичного пика соответствует изменению работы выхода, т. е. изменении потенциала соазрхИостп исследуемой пленки KCl. В данном случае для подлсгки кремния, имеющей достаточную электропроводность 10 0и сыЗ но следует отдать зарядки поверхности при электронном облучении, а смеиение пика в сторону меньших энергий обусловлено уменьшением работы выхода поверхности кремния по мере покрытия его поверхности полярными молекулами. Одновременно происходит исчезновение пиков для подлогки и иоявление шосов, характерных для пленки KCl. Для переходного процесса появление этих пиков трудно однозначно идентифицировать, поскольку при формировании пленки на холодной подложке мохэт происходить неравномерное скопление молекул и слияние небольших островков друг с другой. Поэтому с целью получения более равномерной пленки напыление KCl осуществлялось на подогретую до 100 "С подлохку.

Вид спектра полного тока пленок KCl, порученных при температуре прдлохки 100® С, заметно изменила/: Появляется характерный для диэлектриков минимум в области нулевых энергий, интенсивность максимумов в области 0-5 эВ значительно уменьшается, что связано с уменьшением концентраций дефектов и отсутствием металлизации поверхности. Природа этих максимумов обусловлена изначальным наличием дефектов в выраженной пленке, концентрация которых оценивается % 10" см"' Ш. В полученных спектрах ПТ ярко выражены максимумы при энергиях Е=8,8 эВ, которые соответствуют положению края запрещенной зоны исследуемых соединений относительно уровня вакуума.

- 13 -

Hps энергии: £=8,0 эВ присутствует особенность, связанная с гозбужсеняем зксгтояа. Появление в спектрах максимумов возможно в случае, когда энергия возбуждения экситона отличается от соответствующего кэллониого перехода на величину, превышающую раэреааюау» способность СПТ (¿ES0.5 эВ).

В спектрах ITT КС1 в интервале энергии 0-10 зВ в области" запрещенной зоны,наблюдается интенсивная структура из нескольких максимумов. Vx эаоргетяческоэ положение приведено в таблице 1 в сравнении с энергетическими положениями максимумов СХПЭ, полученных в 15] для аналогачта пленок. Согласно работам 19,11 J, наблюдаемая структура спектров отражает специфику электронного возбуждения мегзонных переходов я локальных электронных состояний в запреаеной зоне, соответствуют различным дефектам. Для интерпретации наблюдаемой структуры в кззкознергетической области использовались литературные данные оптических измерений об энергетической глубине залегания типичных для КС1 дефектов, которые приведены в таблице 2. 113]. По положению первичного пака спектров ПТ определялись изменения потенциала поверхности пленочного покрытая s зависимости от его толщины.. В пленке КС1, напыленной аа SiCUl), потенциал поверхности стабилизируется при толазне пленка 20+£3 А На начальной стадия напыления изменение

Таблица i.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ПОЛОЖЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ МАКСИМУМОВ ПЛЕНОК КС1 (эВ)

Е, Е, | Е, *« 2S ыетод

1.3 1,2 2,5 2,3 4,8 з,е 5,8 Г, 2 8,0 8.2 8.8 8, Г СПТ СХПЭ С 23

т

• ТАБЛИЦА 2.

ЭНЕРГИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЕФЕКТОВ В КС! СэВ)

т И F '

2,31 1,55 1.в 1.70 1,50

потенциала поверхности 4» » связано со степенью покрытия линейным законом £91. Это позволяет оценить размеры островков исследуемой пленки, экстраполируя начальные участки кривой зависимости изменения потенциала поверхности от толщины пленки. Для островковой структуры степень покрытия СО определяется 131 размером островков (сО в эффективной толшшой пленки (<D-.

♦

В результате получено критические размеры островков КС1 а=18 А

Исследуемые пленки CaFz наносились на SiClll) подлохку термическим испарением исходного вещества в условиях сверхвысокого вакуума СР110"* Торр.2. Спектры ГТТ пленок CaF£ регистрировались непосредственно во время их напыления через фиксированные интервалы времени, что позволяло оценить толщину пленки, соответствующую хаждому экспериментальному спектру. Для улучшения этггаксиальности напыляемых пленок, следуя работе 181, температура кремниевой подложки поддерживалась 700*С. Толщина напыляемой пленки не прев шала 200-300 А, что исключало эффект зарядки зондирующим электронным пучком. О скорости напыления судили косвенно - со .времени перехода к насыщению изменений структуры спектра ГГГ. Согласно 19) при достижении толщины покрытия CaFz на SK1113- 8 монослоев С 48 A3 изменения в спектре потерь энергии вторичных электронов почти прекращаются. В слу-

иогда тс-мзературз испарителя ~700 *C. насызенне спектра ПТ доставалось s течение 30 «кн. , в скорость осаждения СаГ2 на S1C1115 оаен:гзалась - 0.2 ны^сек.. что не противоречит данным работы 12]. При температурах до 14СЮ *С Caf г сублимируется в виде ьгслекул 123, и следовательно можно ожидать сохранения стехиометрического состава формируюаеася пленхи Са?г.

Исследование динамики изменения структуры спектров полного тока ШГК в процессе напыления похазали высокую чувствительность структуры спектра ПТ к воздействие температурного отжига. Было установлено, что в случае напыления пленки ШГК на подогреваемую подложку, структура спектров ПТ имеет наименьшую интенсивность. Полученная совокупность экспериментальных данных показывает, что метод СПТ можно использовать для контроля концентрации дефектов ШГК. Однахо для количественных оценок нужно установить корреляцию между изменениями интенсивности спектральных максимумов и концентрацией дефектов, соответствуют этим максимумам СПТ.

Согласно развиваемым в работе [111 модельным представлениям о формирования структуры спектра ПТ, каждый спектральный нахсныум связан с энергетическим порогом процесса, способствующего интенсивному поглоаению первичного электронного пучка образцом. В случае ШГК процесс электронного поглощения определяется возбуждением электронных состояний, соответствующих различным дефектам. Если энергия первичного электронного пучка с интенсивность» 1в достаточно для возбуждения дефекта (например F - центра), то после прохождения им расстояния X в ЩГК его интенсивность уменьшится на

41 « 1в [ 1 - exp X/i ] С2) где I - длина свободного пробега электрона. Параметр I может быть представлен в виде i=l/fla, где ^-концентрация дефектов, в-сечение рассеяния. Величина I. пропорциональна интенсивности первичного

пика ПТ. й1-пропорциональна интенсивности спектрального я2ксга.-у~ ма, расположенного при энергия, соотвестБухздзЗ F-цеетрак. Va (2) можно получить соотношение для количественной оценки концентрация дефектов до СМ,) и после СМ2) воздействия излучения ка образец по изменении интенсивности соответствуваего спектрального кахсюдоа:

f >If1

N, t I J

— - -——-5--(3)

' Ч-Ц^Ч-

Согласно литературным данным плэякп ЩГК, осаждаемые на подогрева--еиув подложку, шеют концентрацию дефэктив 10" см"3 [13. Малая интенсивность максимумов указывает, что концентрация дефектов % 10" см"3 находится на пороге чувствительности метода.

В п." 3.2 приведены данные исследования дефектообргзования при электронном облучении KCl на кремниевой подложке методом СПТ. Показано, что после облучения электронами CE^IOOO зВ; It=10"' А/см2) до гсгн D=10" зл^см8 происходит увеличение спектрального шксиыума при Е=2,4 зВ. Дальнейшее увеличение дозы облучэния до D=6xl0te эп/си2 приводит к активному росту максимума при Е=1,3 зВ, что, вероятно, связано с процессом коагуляции F-центров 112]. Для проведежг.- количественных оцеяох концентрации дефектов спектры ПГ подвергались предварительной обработке. Если для необлу-ченно? пленки KCL наилучшее соответствие расчета фона экспериментальному спектр; было получено при х = 0,9 зВ С г - сродство к электрону), что совпадает с известные данными [131, то для спектра, полученного после дози облучения эл/сы2, такое

состзетстгге удалось пэлучать при * =1,8 сЭ.

Оценка пзызвезая коаезтрада дзфектов проазводвлась по езкзнже EBrescssaocts соогиетствувадх спектральных шкснмушв

по формула СЗ). Интенсивность спектральных максимумов определялась по площади соответствующих ии лоренцевскнз спектральных контуров. Для исходного спектра концентрация дефектов принималась равной Н1=1015 см*1. Тогда согласно (3) расчет показывает, что после облучения до дозы 0=10" эл/сиг концентрация М- и Г-^центров возрастает до Нг=3,3у10" си"', а пр» 0=6 10й см"г становится разной ^-Х.бхЮ17 си'3. Концентрация Р-центроз сначала возрастает до значения Н2=4хЮ1всм"3, затем стабилизируется при посяедурщец роста доза облучения, что свидетельствует о начале процесса из коагуляции н преобразования в М-центры.

Исследование процессов аефектообразованая в приповерхностной области СаГг под действием электронной а ионной бомбардировки описывается в п. 3.3. Установлено, что спектральные максимумы в области 4+12 эВ практически не изменяли своей интенсивности при облучение и были интерпретированы в райках энергетической структуры Напротив, структура спектров ГТГ в области 0-4 эВ сильно изменялась в процессе набора дозы облучения и ее природа связывалась с возбуждением локальных электронных состояний в запрещенной зоне, соответстзугаих дефектам различного типа. Полученные эксперакэнталышо завистаостя интоясягзости максимумов спектров ГГГ от экспозиционной дозы облучения не могла быть объяснены в рамхах известной схемы хзкеТяки накопления радиационных дефектов, характерной для объема велочно-земельных фторидов. Для их интерпретации было необходимо учитывать образование поверхност-ностных "галоидных вакансий энергия возбуждения которых в два раза менызе энергии возбуждения объемных Г-центров для Сар^.

При электронном х ионном облучено пленок СаГг было обнаружено накопление поверхностного отрицательного заряда, псях-ление которого связывается нами с процессом десорбции фтора в

кокизоьанои СГ+3 состоянии. По соаостшгеаиа гелг«: кэ;.«?2гзгя потенциала поверхности с соответствусаим км значениям эхопсэшхк-онной дозы облучения проведены оценка эф&гктлвяосп: гефгктосбра-зования для случая электронной СЮ'деф-'эл) и гонлсй СЮ'деф/ ионЗ бомбардировки.

Четвертая глава "Влияние электронного и ионного облучения на эмиссионные свойства монокристаллов". В п. 4.1 приводятся результаты влияния центров окраски на зарядку поверхностей щелочно-галоидггых кристаллов КаС1 в КС1 при облучении электронами в области энергий 60+1000 эВ, Результаты наших исследований показывает, что при создании в диэлектрике точечных дефектов типа центров окрасгл путем электронного облучения, происходит уменьшение как общего выхода вторичных электронов, так в потенциала зарядка поверхности.

В п.4.2. приведены результаты исследования влияние облучения ионами цезия ва работу выхода монокристаллов Мо и ^ методом СПТ. Положение первичного пика СГТГ характеризует работ? выхода металла в процессе формирования пленочной системы -скопления адатомов, одразоваюя островков я слияния их в сплошну! пленку.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложено использовать динамику изменения ос обенносте спектров полного тока для исследования начальной стали формирования тонких пленок ШГК и дефектообразоваяия в них пр облучении электронами и ионами.

2. Показана возможность определения поверхностного заряд диэлектриков при облучении электронами по смешении криво энергетического распределения вторичных■электронов с одновремен ньш измерением ноэффицента вторичной электронной эмиссии.

- 19 - -

5. Получены спектры полного тока пленок' KCl я CaFJ( выращенных на юдлохкэ ira S1C111).

г. Проведена оценка критических размеров островков на начальной ггадии роста пйк-гах ЦГК по зависимости потенциала поверхности от ^ффэктивноз тоякики покрытия. Обнаружено изменение фоновой юстазлжаеЯ спектрэ [17 KCl, в- процессе электронного облучения, ;стсрсо сэадетельствуэг об изнененяи величии электронного :роас?за псэеру.косп! ОГК ."-р;-.мерно з два pisa. !,. Проведено ясслеаоз-аиу.е дакамихи изменения структура спектра 1ГГ i процесса обяучс-ям Са?3 г,уч::г.:л электронов л конов СдЪ с энер-поЯ Ер S 2 кэЗ. Пзяучэ:г:-:кэ экспериментальные зависимости интея-;шноста каксгг/умоз слэктроз ПТ от эхслсзицпокксЯ дозы облучения огут быть иятерпрэтарозакы с учетом образования поверхностных здоядаиз тпканглл. -гкчргия аозбужденка зоторки s два'раза кеныгв Еерпп гогбуягенхя об:~?:£-пг: F-дектроз для СаГг> ' Пря электронном. п яскком облучении загонок CaF Csso обзгруаено зяопяеняз поверг-пгсстетгэ отрицательного. -заряда, появление второго-свгзгг» 5 прсцоссск десорбции 'I-ropa в яснизеэангоц СГ > остогппгз.. Прозэхсза «jes» сЙежтаЕООтя •ле$эдстообраэоэгвая для зучая • олохтронной' СЮ^еф/элЗ : к ', аонноа ' (Ю'доф/ноя) омбаргарозха. ' ■ '

. (¡!¿H2pys5aO р^скеплгнн-э перзпчного пика слектров полного тока яя пленочках. систем, получе:-::гых еснясЗ • клтятааиеЯ Cs-ыэталл,' jo свлдэтельстэузт о' азтнпстсстя Есмрикостп но работа выхода.

Оспоггшэ результаты дяссэртзциа ¿публикованы, а следугцях айотазв • '

. Гаисоз С., Болтаев H.H., Рахимов Р.?. Роль точечных дефехтов в арядка позерхяоетя Ефяотао-гаетадвых .кргиаялоз. ■ Тез.докл,; ккпозиуна, посаженного пакятя акадеьсета АН УзССР- У. А.Арифова.

Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела. -Ташкент. 1989. -С.124-125.

2. Болтаев H. Н. , Гаипов С., Алидганов Э. К. Установка zni исследования процессов зарядки и радиационного дефектообразовааж в приповерхностных областях диэлектриков. // Тез. докл. респ. конференции молодых ученых. "Научные основы констр.приб. дл) научных исследование и автоматики" -Ташкент. 1989. -С.3-4.

3. Atabaev B.C. .RaJchinov R.R., Gaipov С. .Kadirov В. A.. Alldzanoi E. К., Boltaev N.N. Defect for nation, secondary emission anc dielectric charging under electron and ion beam irradlatioi /-^ez.dokl.IBMM-90. ,-Knoxville,Tennessee. 1990. -P.209.

4., Болтаев H.H., Гаипов С. .Рахимов P.P. Влияние электронной облучения на вторичную эмиссию и потенциала зарядки щелочно-галоидных кристаллов. // Тез, докл. VII симпозиума по ВЭ, ФЭЭ i спектроскопии твердого тела. -Ташкент. 1990. -С.35.

5. Алидханов Э.К., Гаипов С.. Болтаев H.H. Исследование процессо: дефектообразования в KCl методом спектроскопия полного тока. /. Тез. докл. VII симпозиума по ВЭ, ФЗЭ и спектроскопии твердого тол; -Ташсент. 1990. -С, 161..

6. Гаипов С., Атабаев Б.Г. , Алидзаяов Э.К. , Болтаев H.H Исследование процессов дефектообразования в пленках KCl ' и CaF при воздействии электронным и ионным пучками. // Тез.докл. конф Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряхенни частиц. -Свердловск. 1991. Т. 2. -С. 146.

7. Атабаев Б. Г. , Болтаев H.Ü., Гаипов С. Влияние эяехтрокя'ол облучения ка эаряхениэ поверхности целочно-галоидных кристаллов // Поверхность. Физ. хим. мех. -1992. -N«.1. -С. 83-91.

8. Atabaev В.G., Alid2anov E.K., Gaipov S., Boltaev N.K. Investi'

- iŒLte&ct. sVisailaied processes- of defect for nation -ii

thin CaFs films. //Inter.conf. of Surface modification of metals by ion Beams. -Washington, USA. 1991. -P. 46.

9. Галпов С., Атабаев Б. Г., Алиджанов Э. К., Болтаев Н. Н. Исследование процесса роста я дефектообразования пленок ЩГС, вырааенных на кремниевой подложке методом СПТ.' // Поверхность. Физ. хим.мех. -1993. -Н.. 1. -С. 68-74.

10. Атабаев Б.Г., Болтаев К,Н., Гаипов С. / Рахимов P.P. Изменение работы выхода монокристаллов WC1103 и МэСПО) при бомбардировке ионами цезия. // Тез.докл. XI-конференции Взаимодействие ионов с поверхностью. -Москва. 1993. Т. 3. -С. 77-79.

11. Atabaev B.G., Gaipov С., Boltaev N.,N., Rakhinov R.R. Study of Mo work function changes under Cs* ion bombardment by target current spectroscopy. // Abstacts of 5th International, conference on electron spectroscopy. -Kiev, Ukraine. 1993. -P. 307.

12. Alidzanov E.K., Atabaev B.G. , Gaipov S., Boltaev N.N.- Target current spectroscopy of the alkali halldes KCl, CsCl and КВт. // Thin Solid Files. . -1994. -N.. 270. -P. 268-272.

13. Болтаев й.H. , Гаипов С., Рахимов P.P., Влияние облучения ионами цезия на работу выхода монокристаллов Mo п W.. // Изв. РАН. :ер.,физ. -1994. -Т. 58, -N. 4 . -С.214-218.

14. Атабаев. Б. Г. . Болтаев Н. Н., Гаипов Г., Рахимов P.P.Исследование изменения работа выхода монокристалла WC110) при имплантации гонами Ва+ методом спектроскопии полного тока. // Тез. докл. VIII Международного симпозиума, по ВЭ, ФЭЭ и спектроскопии поверхности гвердого-тела. -Тавхеят. 1994. -С. 45-46.

. Цитируемая литература. . Борисов В. JL //Изв. АН СОТ, Сер. физ. -1979. -Т. 43.' -N..12.' •С. 2559: • ' ; .

:. Mi ига К., Sugiura К. , Souda R., Aizawa Т., Oshra С. , Ishizava

Y. Atonic Structure of CaF^lll) Surface by Electron Irradiation. //J. Appl.Phys. -1991. -V.30. -K..4. -P.809-813.

3. Chaddsrton L.T., Anderson К. G. //Thin Files.-1963. -V.l. -P.229.

4. Атайасв Б. Г., Беседина Е. А. » Кареев М. С. Креггхов Ы. В. Изучаете вторично-эмиссионных характеристик а эарягения монокристалла гидрида лития, //Поверхность. -1989, -N..5. -С. 157-153.

5. Gallon Т.Е. //Surf.Sci. -1S83. -V. 206. -Р. 335.

G. Рахикоз P. P.. Галпов С. , Кадыров Б. А..//ПоворхЕОсть г-1033. -Ne.9. -С.47.

7. Нормуродоз К. Т., Бунаэароэ Д.Б., -Умарэакоз Б.Е., ЯаубаааЗ. Я. Вторичная электронная эмиссия молибдена, легированного понаги бария при разньас давлениях кислорода. // Кэв. АН УзССР. Сер. фиэ.-мат. наук. -1982. -Т.З.' -С. 42-45.

8. Sasaki M., Hirachita N.. Onoda BL. HaglKara S. //Appl.Phys. Lett. -1985. -V. 45. -N.. 11. -P. 1035-1053/

9. Koaolov S. A., Chadderton.1 I.T. >/S«rf.Scl. 1879. V.31. -P. 145.

10. Витовский H. A. , Эланго И. A. Электронные везбуадская и дефекта в кристаллах /Лфирода.. Физика. -1S33. -К«. 12. -в. 4®-57.

11. Комолов С. А. Интегральная вторичнФ-ояектрсцкая спектроскопия поверхности. -Ленинград.: -1936. С. 58-68.

12. Цаль Н А.. Еловиков С.С,* //ЯГ«, -1980. -Т.50. -N..7. -С.1572.

13. Овара К., Экманис Ю. Диэлектрические гатерлалк-Радиашюнныа процессы и радиационная стойкость. -Рюъ. ; Занатне.-1989. -С, 59. .

- 23 -

Тулиц ток спектроскопия усули билан иигррий галоид кристаллар ва ишк;орий ионлар кнритилган W ва Мо сиртларининиг электрон тизимлари ва эмиссион хоссаларини урганиш Болтаев H.H.

ЩДАЧА МАЭМУНИ Кремний тагликда KCl ва CaF2 пардал'арининг бошлангич шакл-ланиш жараёнларини тадют к;илиш тулик ток спектроскопия СТТС) усули ё'рдамида олиб борилган. Электрон ва ион СК+) нур дозалари билан спектрлар тизикларининг узгариш динамикаси орасидаги богла-ниш урганилган. Тулик; ток спектрининг энергетик з^олатлари ва мак-симумларининг интенсивлиги буйича юдорий галоид кристаллар нук;-сонларининг концентрацияларини сон ■ жих,атдан текшириш мумкинлиги курсатилган. V ва Мо монокристалларнинг C110D ёцларига 0,05+ 2,0 кэБ энергияли Cs+ ионлари киритилгандаги уларнинг чициа иши узгариши х;ам ТТС ёрдамида тажцщ рлинган. Ион киритилаётганда W ва Мо сиртларидаги Cs нинг адсорбция хараёни фацатгина нурнинг знергияси ва дозасигагина эмас, балки киритияаётган элемент ва нишоннинг атом массалари нисбатларига бо'гли^лиги хам аникланган. Cs-металл, спца цатламли системалар учун ТТСдаги биринчи пикнинг аяралиши сирт чик,иш ишининг "оролсимон" характерини тасдицлайди

KCl ва NaCl кристалларда сирт зарядланиш потенциали vs ва иккиламчи электронлар эмиссияси коэффиценти ✓ ларини таэдословчи тадк;ицотлар иккиламчи электронлар энергетик спектрининг силжиши усули ёрдамида олиб борилган. Нур дозалари ортиши билан <ps ва * катталиклар монотонмас камайган ва ?S(B) ва «KD) богланишларм орасида етарли даражадаги коррелация кузатилган. фгадирияган (150'гача) кристаллар скртлари зарядланаётганда ?5нтаг ^ийматн бирламчи электронлар эноргиясига кучсиз боглицлиги анк^пангая.

- 24 -

Alkali-halide, W and Mo implanted by alkali ions Single-crystal surfaces electron structure and emission properties investigation by total current spectroscopy method N. N. Boltaev SUMMARr

The processes of initial. KC1 and CaF2 thin films creation on silicon substratum were investigated by means of total current spectroscopy. The dynamics of spectrum structure changes versus to electron and ion irradiation dose were carried out. The possibility of quantitative control of alkali halide defect concentration accounting of total current spectrum maximum intensity and energy position was shown. Work function of plans changes of W and Mo CilO) Single crystal inplanted by Cs+ ions with energy 0,03+2,0 keV was investigated by TCS method also. It have been obtained that Cs adsorption process on the surface V and Mo under implantantion depend on not only energy and irradiation dose, but of atom mass correlation between target and implanted elements too. Initial TCS peak splitting of film Cs-meUl systems to the spotted surface work function are pointed.

A comparative investigation of surface charging potential *>s and SEE coefficient a of KC1 and NaCl was conducted by a method of secondary electron energy spectrum shifting. «>s and a magnitudes are descreased nonmonotonically and a fair correlation between *S(D) and oCD) dependences is observed with increasing irradiation doze CD). A weak dependence of the »s value on primary electron energy E> is observed upon surface charging of the heated (up to~lS0 *) crystals.- 1