Исследование влияния электронного и ионного облучения на островковые и диэлектрические пленки тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

.г

^ АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН П ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ им. У. А. АРИФСВА

Л-Г__

На правах рукописи

КАРЕЕВ МИХ/ЧЛ СЕРГЕЕВИЧ

УЖ 539 : 621. 52 + 537.333 : 537. 534

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО И ИОННОГО ОБЛУЖНИЯ НА ОСТРОВКОВЫЕ И ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЛЕНКИ

01,04.04. - Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТАНСЕНТ - 1993

Работа выполнена в Институте электроники им.У.А.Арифова Академия Наук Республики Узбекистан.

Научный руководитель :

Научный консультант :

Официальные оппоненты ••

Ведущая организация :

Кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник АТАБАЕВ Б.Г.

Кандидат физико-математических Наук', старший научный сотрудник ВЕРГУН В.Р. .

Доктор физике-математических наук, профессор, БАХАДЫРХАНОВ М. С. Кандидат физико-математических, наук, старший научный сотрудник К03ЕНК0В 0. Д.

Московский Государственный ..Университет им. М. В. Ломоносова, физический факультет

Защита состоится ■•¿У" <lt993г. в час. на заседании Специализированного .'Совета Д. 015.23.21. :в Институте электроники им. У. А. Арифова АН РУз..по адресу: 700123,

Ташкент, ГСП, Академгородок.

«

•С диссертацией можно ознакомиться в .библиотеке Института электроники, им. У. А. Арифова АН РУз.

Автореферат разослан 1993г.

Учэний секретарь

Специализированного Совета Д. 015.23. 21. .

р

доктор физико-математических наук J\\Л.хиз-о-ч, ИЛЬЯСОВ А.З.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Тонкие пленки являются технологическим материалом для создания защитных покрытий, окон и мишеней, элементов микроэлектронных схем, терморегулирущих покрытий и т.п. В технологических процессах роста пленок и при нанесении различного рода покрытий используется бомбардировка заряженными частицами, что улучшает сплошность пленок и покрытий, их адгезию к подложке и т.д. Структура пленок претерпевает существенные изменения на различных этапах их получения. В начальный период конденсации пленки проходят стадию островковой структуры и коалесценции островков. Именно на этой стадии закладываются основные свойства тонких пленок. Известно, что облучение островковых пленок потоками заряженных частиц существенно меняет кинетику их коалесцекции на начальной стадии роста пленок, стимулирует поверхностный массоперенос и уменьшает температуру зпитаксии. Таким образом, интерес к тонким пленкам обусловлен, прежде всего, материаловедчгскими задачами, и связан с перспективами развития высокочувствительной аппаратуры и средств микроэлектроники для нужд техники и развития физических исследований.

Важным аспектом роста пленок является влияние подложки. Подложки тоже претерпевают изменения при облучении потоками частиц Сэлектронов, ионов) и поэтому для корректного описания процессов роста пленок при облучении важно знать и учитывать модификацию свойстр и структуры материалов, используемых ь качестве подложек, под действием потоков азряженкых частиц. В работе рассмотрено влияние на диэлектрические подложки процессов дефоктообразования, зарядки. электронно-стимулированной десорбции СЗСД) и распыления при облучении

корпускулярными потоками. Таким образом, данные о, влиянии облучения на диэлектрические подлохки представляют интерес также и для радиационной физики и. материаловедения.

Несмотря на многочисленные исследования по радиационным процессам в диэлектриках, о механизмах образования радиационных дефектов Сот точечного дефекта до продуктов радиолиза) имеется лишь качественные представления. Это объясняется сложностью как первичньпс процессов создания элементарных радиационных дефектов, так и вторичных процессов их взаимодействия (образование'макродефектов, радиолиз). Кроме того, важно знать радиационную устойчивость материалов, способных эффективно работать в энергетических установках в условиях облучения.

ЦёГ^-Ваботы. Целью настоящей работы являлось изучение влияния .,-тектронного и ионного облучения на кинетику коалесценции. Поскольку созданные облучением дефекты являются центранк преимущественного зарождения . и захвата движущихся адатомов и островков, то свойства самих диэлектрических подложек и сравнение влияния электронного и ионного облучения на них проводилось . отдельно, чтобы использовать полученные результаты для объяснения изменения кинетики остроьковых пленок при облучении.

П2£тановка_за£ачи. •

Первая задача исследования состояла в изучении закономерностей поверхностной миграции островков с последующей их коалесценцией при облучении С облучение производилось после нанесения пленки для того, чтобы разделить процесс миграции островков как целого от процесса диффузионного массоперекоса) и заключалась в следусаем :

-• выяснить механизм миграции аморфных островков ;

- сравнить влияние электронного и ионного облучения на коалесценции в островковых пленках.

Вторая задача состояла в выяснении влияния свойстз подложек па кинетику роста пленок в зависимости от условий их получения.

Третья задача заключалась в сравнении влиянля электронного и ионного облучения на диэлектрические подложи. Основными процессами, изменявшими свойства диэлектриков при облучении, являются процессы образования дефектов, электризации (зарядки), и распыления при ионном облучении .

Научная_новизна_Еаботы заключается в следующем :

1. Впервые на примере Au/SiO.^ проведено сравнение влияния электронного и ионного облучения на коалесценцию в островковых пленках. Показано, что при коалесценции островков под действием ионного облучения основным является механизм, связанный с миграцией островков с послэдующей их коалесценцией в рамках феноменологической модели миграционной коалесценции, и уже к этому процессу добавляется механизм, связанный с распылением островков и повторным осаждением адатомов на созданных дефектах и вторичное зарождение.

2. Впервые изучено влияние электронного облучения на морфологию аморфных островковых пленок на примере Ge/KCl С100). Показано, что на начальных стадиях роста Ge на КСК1003 образуются аморфные островки Ge, и миграционная коалесценция этих островков обусловлена влиянием зарядки системы пленка Ge -подложка .KCl С110).

3. Впервые получеки результаты по дифференциальной зарядке поверхности системы SiO^/Si с примесью фосфора, влияющей на зарождение и рост пленок.

4. Обнаружена аналогия между процессами миграционной коалесцени.ии островков и процессами агломерации дефектов в кристалле при облучении. Процесс роста зародышей и образования островков оказывается аналогом процесса агрегации отдельных дефектов в агломераты типа островков коллоидного металла (в кислородосодержацих соединениях типа МдО, А1_0з).

5. Обнаружено, что воздействие электронов и протонов на термсрегулирующие покрытия (ТРГО и их компоненты СМдО, А1г0з) может приводить к усиленно дефектности кристаллической решетки и появлению коллоидных центров поглощения. В зависимости от вида центров поглощения, оптические свойства изменяются в различных частях спектра.

6. Показано, что основные изменения спектров отражения ионных кристаллов и ТРИ наблюдаются в области 380 - 550 пт что, по-видимому, связано с образованием и перезарядкой Е-центров и, что не менее важно, с их агрегацией при интенсивном облучении. В то же время биографические дырочные дефекты не претерпевают столь значительного изменения.

7. Обнаружено, что изучение кинетики электризации дает информацию о процессах дефектообразования при облучении. При помогли ОЭС и СХПЭЭ обнаружено образование металлических островков Мд на поверхности МдО.

8. Показано, что по спектру ХГ0Э можно не только изучать зонную структуру МдО, но и контролировать процессы дефектообразования при электронно - стимулированной десорбции кислорода и образовании ка поверхности острсвков Мд. Данные, полученные для МдО указывают на образование металлических островков на поверхности при агломерации Р-цектроз Сколлоидного металла). Образование подобных коллоидных центров в А1г0л

наблюдалось прямыми оптическими методами.

Орактическая_ценность_рабдты^

Поскольку облучение потоками наряженных частиц уменьшает температуру эпитаксии и в ряде случаев производит предварительную ориентацию пленки, то результаты важны для эпитаксиального выраишвания пленок в микроэлектронике.

Полученные экспериментальные данные используются при прогнозировании ресурса ТРП на основе МдО. А^О^, в условиях космического пространства.

Предложенный механизм радиационного повреждения ТРП электронами и протонами может применяться при построении физической модели деградации покрытий в условиях воздействия факторов космического пространства.

Оецовнне-пойжниа^-вьщеснмае.нэ-аавиту •.

1. Возможность применения модели миграционной коалесценции к описанию изменения морфологии пленки при ионном облучении с учетом распыления островков, повторного осаждения адатомов на созданных ионным облучением дефектах и вторичного зарождения. Таким образом, ионное облученче, хотя и имеет определенные особенности по сравнении с электронным, в целом может быть причиной зарядки системы пленка - подложка и, следовательно, также как и электронное облучение, стимулирует процесс миграции островков как целого с последующей их коалесценцией.

2. На примере бе на ¡СС1С100) показана возможность применения модели миграционной коалесценции при облучении к описаний движения аморфных островков в условиях зарядки системы пленка - подложка. При температуре СТ ~ 150°С), когда зарядка подложки КС! почти полностью снимается, миграция островков с

последующей их коалесценцией и обусловлена термической активацией этого процесса.

3. Обнаружено явление дифференциальной зарядки фосфора, который диффундировал на поверхность системы SiO^/Si в процессе нагревания. Дефекты подобного рода в подложке оказывают, благодаря своей зарядке, влияние на процессы миграции и коалесценции в островковых тонких пленках при облучении.

4. При помощи комплекса методов С оптическая спектроскопия, 0SC, СХПЭЭ, SNMS исследовалось влияние облучения корпускулярными потоками ТРП на основе алюмомагииевых шпинелей Мд0.А1а0з, МдО.А1г0з. Уг0з, а также компоненты покрытия МдО и AI 0 в отдельности. Показано, что в области поглощения 380 -

2 3

550 пш значительное изменение коэффициента поглощения связано с образовь-'им дефектов (F-центров и их агломератов) при ЭСД кислорода с поверхности, преобразования и перезарядки биографических дефектов.

5. Образование дефектов СF-центров] и их агломерация вплоть до образования металлических островков С коллоидного металла) зависят от плотности тока первичного пучка бомбардирующих поверхность частиц. Механизм образования дефектов и их агломератов при электронном облучении следующий : под действием электронов происходит ЭСД кислорода, и при наличии притока электронов 'и возможности прыжковой диффузии анионных вакансий происходит агрегация дефектов. При протонном облучении кинетика образования дефектов искажается процессом распыления, что приводит к общей оптической деградации поверхности из-за ее эрозии. Но и в этом случае имеет место агрегация дефектов, на что указывает наличие отрицательной зарядки пористых пленок МдО при облучении независимо от знака и

рода бомбардирующих частиц.

Апробация,работы.

Основные результаты работы докладывались па : VIII СМосква, 1987), IX (Москва, 1989) Всесоюзных конференциях по взаимодействии атомных частиц с поверхостью твердого тела, VII Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Ташкент, 1987), XX (Киев, 1У87) и XXI (Ленинград, 19990) Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (Киев, 1887), VII Всесоюзной конференции по росту кристаллов и симпозиуме по Молекулярно Лучевой Эпитаксии (Москва, 1988), Симпозиуме памяти Арифова "Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела" (1989, Ташкент), Всесоюзной конференции "Поверхность-89" (1989,Черноголовка), IX International Confererence on Crystal Growth, ICCG-9, Japan, Europian Conference on Applied Surface and Interfaces Analysis, ECASIA-89, France, 198Q; VII Симпозиуме по ВЭ,ФЭ эмиссии и спектроскопии поверхности твердого тела (Ташкент, 1990); I International Conference on Crystal Growth, (EPI-1), 1990, Hungary, Budapest; VII on Surface Modification of Metal by Ion Beams, (SMMIB-91), 1991, ISA, Washington; Spring College in Material Science on "Nucleation Growth and Segregation in Material Science and Engineering"), 1991, ICTP, Trieste, Italy; VIII International Conference on Ion Beam Modification of Materials, 1992, Germany, Heidelberg.

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

0^ьем_рабдты. Диссертация состоит из введения, четырех глав, включающих обзор литературы, экспериментальную часть и обсуждение результатов, выводов и списка цитируемой литературы.

Ска изложена на страницах и включает : основную ■ часть из страниц текста, в том числе таблиц, рисунков на

страницах. Список литературы ( наименований ) -

страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во_.вве£ении дано краткое изложение современного состояния прослемы, обоснована ее актуальность, поставлена цель диссертационной работы и пути ее решения, приведены основные полокения, выносимые на защиту, и показана новизна и практическая ценность работы.

В_Я®ЕЕ2Й_ЕЯ§!§ представлен обзор литературы по тематика исследований. В первой части рассматриваются результаты экспериментальных и теоретических работ, посвященных особенно!' • ям зарождения и роста тонких пленск под действием электронного и ионного облучения : исследованию процессов диффузии, миграции Скак целого), коалесценции в тонких пленках и увеличению поверхностного массопереноса при облучении. В рамхах феноменологической модели миграционной коалесценции подчеркивается, что основной причиной движения островков является зарядка системы пленка - подлоака. Причиной зарядки островков является отсутствие стеканил заряда привносимого при бомбардировке заряженными частицами. Основной причиной зарядки подложки является захват электронов не только биографическими, но и созданными облучением дефектами. Поэтому вторая часть обзора посвящена дефектообразоьанив непосредственно в ионных кристакиах, используемых в качестве г.одложек и модельных кристаллов. Рассматриваются работы по дефектообраг-ованию и агрегации дефектов вплоть до образования коллоидного металла (агломератов дефектов 3 на поверхности и в приповерхностной

и

области ионных кристаллов, к которым относятся и ШГК, и кислородосодержащие соединения МдО, А1г0з, Уг0з и соединения более сложного (шпинельного, МдА1з04) типа. Анализ литературных данных показывает, что :

а) Сравнение влияния облучения электронами и ионами на процессы коалесценции на стадии островкового роста не проводилось.

б) Феноменологическая модель миграционной . коалесценции предложена для описания кинетики коалесценции только для электронного облучения.

В; Модели движения остроЕков по поверхности подложки, основанные на пятнистом контакте с подложкой, предложены только для кристаллических островков (кристаллитов) и неприменимы для аморфных островков.

г) Об элементарных механизмах образования радиационных дефектов в широком понимании Сот точечного дефекта до продуктов радиолиза) имеются лишь качественные представления, что связано со сложностью как первичных процессов создания элементарных радиационных дефектов. так и вторичных процессов их взаимодействия Сос'разование макродефектов, радиолиз).

Вторая _глгва_посвяш,ена описанию методики эксперимента и экспериментальных установок для исследований. Напыление островковых пленок САи, бе) и облучение их потоками ионов и электронов проводилось в универсальной сверхвысоковакуумной установке (предельный вакуум 10"7 Па), Затем пленки

закрывались защитным слоем 810 и изменение их морфологии (коалесцекция под действием облучения) изучалось в просвечивающем электронном микроскопе (ПЭЮ. Установка оснащена еже - спектрометром ОЭИОС-З Санализатор - АЦЗ, разрешение ~ 0. ТЛ, диаметр пучка 10 мк и. Е = 1 * 5 кэВ) и

масс-спектрометром Мл-7304. Эта установка использовалась также и при исследовании при помощи ОЭС и СХПЭЭ процессов дефектообразования в ионных кристаллах, ТРП и их компонентах.

Исследования оптических свойств ТРП на основе алюмомагниевых шпинелей и их компонент СМдО, А1_0з) проводилось на вакуумной установке СР ~ 10~" Па) для ускоренных испытаний в условиях радиационного воздействия. Установка оснащенна электронной и протонной пушками, источником УФ - излучения С100-400 пга) и вакуумным спектрофотометром "Спектротон-В" (геометрия измерения диф/8° Св числителе условия освещения, в знаменателе условия наблюдения)). Спектрофотометр состоит из источника излучения, интегрирующей сферы, находящихся в вакуумной камере, и устройства обработки информации, сопряжеш. ~го с микро- ЭВМ. Выход световых сигналов из вакуумной камеры производился с помощью световодов. Прибор одновременно измеряет коэффициенты отражения на 24 ? фиксированных длинах волн в области спектра 380 - 1100 пт за одну вспышку импульсной лампы. Результаты измерения математически обработываются при помощи встроенного контроллера программируемого универсального СКПУ). Основная особенность - возможность быстрого О 7 сек.) измерения спектров поглощения и отражения сразу после прекращения облучения, что позволяет исключить эффекты "отбеливания" и отжига дефектов, наведенных облучением.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты по сравнению влияния электронного и ионного облучения на массоперенос в островковых пленках и выясняются особенности влияния облучения ионами на морфологию островковой пленки Аи на 0^. Показано, что в случае ионного облучения к процессу миграции островков с последующей их ксалеоценцией

добавляются процессы распыления и вторичного зарождения. Вычисленные коэффициенты броуновской миграциии для электронного и ионного облучения с одинаковым потоком частиц на поверхность 10'2 частиц на см~г) ч дозой СО ~ 1016 частиц на см"2), позволяют сравнить эффективность активации миграции островков при различном возбуждении. В Таблице 1 приведены рассчитанные коэффициенты броуновской миграции. Из таблицы видно, что электронное облучение увеличивает коэффициент броуновской миграции на два порядка по сравнению с термическим отжигом. Ионное - только на порядок, из-за влияния на процесс миграционной коалесценции процессов распыления и вторичного зарождения на созданных облучением центрах преимущественного зарождения. В этой главе приведены также результаты исследования влияния электронного облучения на движение аморфных ве островков на подложке КС1 С100) в условиях зарядки подложки электронным облучением. В рамках существующих моделей движения кристаллитов, при неполном контакте кристаллита с подложкой, невозможно объяснить изменение морфологии аморфных островковых пленок Се/КС1 С100). Применение феноменологической модели миграционной коалесценции при облучении позволило объяснить изменение кинетики коалесценции зарядкой системы пленка-подложка. При более высокой температуре СТ ~ 150°С) в условиях, когда зарядка подложки КС1 снимается, миграция островков с последующей их коалесценцией выражена значительно слабее и обусловлена термической активацией этого процесса Спри эффективной толщине островков аморфной пленки бе О' 3 пи).

В четвертой главе рассмотрено влияние зарядки поверхности диэлектриков на рост тонких пленок и приведены результаты по дифференциальной зарядке поверхности системы

Таблица 1.

Средние параметры островковых пленк Аи/ЗШ^ и ве/КС1 и коэффициенты броуновской миграции островков.

Образец ! Т ! ! К ! .], рА см"г! 1 , , МИН. ! ОЬ К ! а ! Б ! пга ! пт ! 'л ! N 10" ! см"г ! ! см2 с"1

Аи/ЗЮ X 400 6.55 2.00 43. 9 3.259 10" * 7 10~17

Аи/БЛО X 400 1.0 Аг+, 30 5.15 2.20 17.4 2.340 10" 6 ю-,е

Аи/5Ю X 400 1.0 е', 15 6.35 2.15 24.8 1.960 10" 1 10""

6е/КС1 ••••З — 2.24 0.2В 12.4 8.67 10е —

6е/КС1 373 1.0 е", 10 3.68 0.43 24.1 . 5.70 10е 2 10"

ве/КС1 423 — 3.39 0.38. 24.6 7.02 10е 1 10"

Се/КС1 423 1.0 е~, 10 . 3.50 0.38 23.0 6.11 10е —

Примечание : * для 830 К и 360. мин.

510^/81 при облучении электронами. Было изучено влияние состава поверхности окисных слоев и способа их нанесения (на примере системы БЮ^!) на зарядку поверхности и поверхностный потенциал. Окисный слой наносился двумя способами - термическим окислением к плазмохимическим осаждением в атмосфере азота.

иило замечено различие в кинетике зарядки полученных окисных слоев. Так, в оже-спектрах плазмохимически осажденного окисного слоя после прогрева до температуры Т ~ 600°С в течение 1 = 15-30 мин. и остывания образца обнаружено явленно дифференциальной отрицательной зарядки поверхности, которая определялась по сдвигу пика фосфора по энергетической шкале до значения - 20 В от своего первоначального положения. В то же время, остальные пики сдвигаются по энергетической шкале на Р * - 5 В. Это можно объяснить наличием на поверхности участков с большим количеством фосфора, который диффундировал на поверхность в процессе нагревания. Благодаря наличию на поверхности примеси Р, формируются дефекты С с глубокими ' уровнями ловушек), способные захватить большее количество электронов и ответственные за подобное распределение потенциала по поверуности системы БЮ

дополнительные уровни, захватывающие электроны и вызывающие отрицательную зарядку поверхности могут создавать не только примеси, но и островки основного материала Сметаллизация поверхности при облучении), поэтому далее в этой главе приведены данные о влиянии электронного и ионного облучения на оптические свойства (ТРГО и их компонент.

Создаваемые облучением дефекты являются центрами преимущественного зарождения (за счет понижения барьера зародышеобразования). Эти же создаваемые облучением дефекты будут оказывать влияние на движение островков по подложке. Известно, что даже электрически нейтральные биографичзские дефэкты могут заряжаться при облучении, меняя распределение поверхностного потенциала. В случае воздействия ка подложку' потока заряженных частиц облучение создает и заряжает дефекты.

что влияет на распределение поверхностного потенциала. Накопление в приповерхностной области отрицательного заряда при облучении свидетельствует об образовании электронных дефектов типа Р-центров при ЭСД с. поверхности либо галогенов С в ШЛО, либо кислорода (в МдО и А и последующей агрегации этих дефектов в островки металла. Таким. образом, изучение кинетики электризации дает информацию о процессах дефектообразования при облучении. Ранег была исследована зарядка пористых пленок МдО в условиях дефектообразования и было обнаружено, что при облучении пористых пленск МдО происходит сдвиг максимума энергетического распределения вторичных электронов в сторону больших энергий Сотрицательная зарядка), независимо от рода и знака бомбардирующих частиц, что указывает на аналогичность процессов дефектообразования. То есть и при ионном облучении МдО имеет место образование электронных дефектов типа Г-центров. Проведенные исследования позволяют разработать модель влияния отрицательной зарядки для системы пленка -диэлектрическая подложка на различных стадиях роста пленок.

Агломераты электронных дырочных дефектов типа Г-центров являются основой для образования островков коллоидного металла (наиболее ярко это явление проявляется в металлизации поверхности ЦГК). Металлизация поверхности МдО, А1 __0а и их соединений наблюдалась при помощи электронной оже-сиэктроскопии, и подтверждена данными спектров ХПЭЭ монокристалла МдО. Идентификация пиков показала, что пик, соответствуем потере энергии 15-17 эВ связан с рассеянием упругоэтраженнцх электронов на первом поверхностном плаэмоне МдО. Пик 25-27 эВ, связан с с первым объемным плазмоном и ионизацией уровней кислорода О1" - Ц. Пик 35-37 эВ - со вторым

поверхностным плазмоном МдО. Пик для потери энергии 44 эВ соответствует четвертому объемному плазмену от металлического Мд, при десорбции кислорода и образовании металлических островков Мд на поверхности МдО.

Образование коллоидных центров (ЦО) в А1г0з при подпороговом облучении подтверждается спектрами оптического поглощения и является следствием агрегации Г-центров, образующихся при ЭСД, или преобразующихся из биографических дефектов при электронном облучении С при малых плотностях и дозах). ЭСД приводит к возникновения коллоидного центра с полуметаллической связью. У этого центра С скопления катионов в окружении Г-центров) может присутствовать заряд. После захвата электронов такой центр стабилизируется и превращается в отрицательно заряженный агрегат, который имеет структуру, не свойственную массивному металлу. Таким образом, в результате коагуляции Г-центров могут образовываться коллоидные центры различной структуры, которые появляются в центрах поглощения, причем максимум полос поглощения смещается в сторону длинных волн по мере увеличения размера таких частиц. Идентификации полос поглощения иллюстрирует Таблица 2. Полосы поглощения в области 380-550 пга у А1_.0з могут быть интерпретированы как скопления агломератов Г-иентров с различной структурой.

Сравнение влияния электронного и тонного облучения на кислородосодержащие соединения МдО и А1г0з и ТРП показало, что ионное облучение отличается от электронного распылением поверхности и общим снижением оптических коэффициентов отражения.

3 конце четвертой главы рассмотрены модели агрргацяи (коалесценции) дефектов при облучении и де^ктообразованяя при

Таблица 2.

Центры окраски в МдО и А1 гОз.

Тип дефекта ! Материал ! X ,пя\

Г ! а - А1 0 г з 360 - 380

? ! 2 а - А1 0 Л э 410 - 430

Г п (коллоид А1) ! а - А1 0 2 Э 510 - 530

( Сг3+ ) ! а - А1 0 г э 630 -650

V" ! МдО ! 330 - 550

распаде электронных возбуждений в условиях стимулированной десорбции с поверхности твердого тела. Модель миграционной коалесценции заряженных металлических островков уточняет представления о механизме агрегации электронных дефектов на поверхности диэлектриков в условиях подпорогового дефектообразования при облучении.

В.эавдечении приводятся основные результаты, полученные в диссертационной работе, и выводы.

ВЫВОДЫ

1. Создана СВВ - установка для исследований, позволяющая проводить напыление и облучение пленок в условиях высокого вакуума и измерять характеристики поверхности различных материалов с помощью целого комплекса методов (ЭОС, СХПЭЭ).

2. На примере Се/КС1 показано, что миграционная коалесценция аморфных островков Се Спри малой эффективной

. топщше пленки) под действием электронного облучения

обусловлена зарядкой системы ' островковая пленка диэлектрическая подложка.

3. Впервые проведено сравнение влияния электронного и конного облучения на кинетику ксалесцеиции на стадии островкового роста пленок и показано, что в случае ионного облучэния к процессу миграции островков как целого, с последующей их коалесцекцкей, добавляются процессы распыления и вторичного зарождения. Электронное облучение увеличивает коэффициент броуновской миграции па два порядка по сравнению с термическим отжигом, в то время, как ионное только на порядок из-за влияния на процесс миграционной коалесценции процессов распыления и вторичного зарождения на созданных облученном центрах преимущественного зарождения.

4. Обнаружена дифференциальная зарядка поверхности системы БЮ^/Й! с примесью фосфора, который, диффундировав к поверхности в процессе нагревания, создает дополнительные уровни ловушек для захвата большего количества электронов, Отдельные участки с примосьв фосфора заряжаются до большего отрицательного потенциала, обуславливая перераспределение потенциала по поверхности.

5. Прямыми оптическими методами обнаружено появление островков коллоидного металла, образующихся при облучении па поверхности. Основной причиной металлизации поверхности при электронном облучении является ЗСД. Десорбция имеет место и при ионной бомбардировке, но в этом случае добавляется процесс распыления поверхности.

6. Процесс десорбции приводит к образовании на поверхности, и в приповерхностной области, дефектов типа Г-центров, которые преобразуется в агрегатные дырочные дефекты

вплоть до образования островков коллоидного металла. Эти островки и различные агрегатные дефекты создают дополнительные ловушки для электронов, проявляются в виде отрицательной зарядки поверхности и влияют на потенциал поверхности.

7. Разработаны модели миграционной коалесценции заряженных металлических островков, уточняющие представления о механизме агрегации электронных дефектов на поверхности диэлектриков в условиях подпорогового дефэктообразования при облучении.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях :

1. Атабаев Б.Г., Беседика Е.А., Кареев М.С. Зарядка поверхности диэлектриков при ионном и электронном облучении // Тез. Докл. VIII Всесоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом".-Москва. 1987.-Т. 3.-С. 69-71.

2. Атабаев Б. Г., Беседина Е. А., Кареев М.С. , Кремков М. В. Влияние состава поверхности на зарядку диэлектрических монокристаллов // Тез. Докл. VII Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы. Ташкент.-1987.-Т. 2.

-С. 158-159.

3. Атабаев Б. Г., Беседина Е. А., Кареев М. С. Отрицательная зарядка ионных кристаллов при низкоэнергетическом электронном облучении // Тез. Докл. XX Всесоюзной конференции по эмиссионной электронике.ноябрь 1987г. -Киев. -1S87. -Т. 2.-С. 114.

4. Атабаев Б. Г.. Беседина Е. А., Кареев М. С. , Кремкоз М. В. Способ контроля диэлектриических материалов. -AC No. 1459435,- от 15.10.88

5. Атабаев Б. Г. , Беседина Е. А., Кареев М.С. Стимулированный

облучением рост тонких пленок // Тез.докл. VII Всесоюзной конференции по росту кристаллов и симпозиума по М.1Э. -Москва. -1988. -т. 1,с. 131-132

6. Атабаев Б. Г., Беседийа Е.А., Кареев М. С. Миграционная коалесценция в островковых пленках при электронном и ионном облучении / Тез. докл. симп. памяти У.А. Лрифова "Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела" 1989, Ташкент, с.131-132

7. Atabaev B.G. , Besedina Е. Л. , Kareev M.S. Irradiation -stimulated coalescence in discontinuous Lhm film // In Mat. IX - Int.Conf.on Cryst.Growth (ICCG--9).-Japan.-1989.-P. 44.

8. Атабаев Б. Г., Беседина Е. А., Кареев И. С. Радиацяошю-стимулированная коалесценция в островковых пленках при электронном и ионном облучении // Тезисы докл. Всесоюзной конф."Поверхность-89". -1S89. -Черноголовка. -С.S9

9. Atabaev В. С. , Besedina Е. А., Kareev M.S. Irradiation-

stimulated coalescence in discontinuous thin film. In Mat. IX - Int.Conf.on Cryst.Growth CICCG-9).-Japan.-1989.-P.44.

10. Атабаев Б. Г. , Беседина Е.А. , Кареез М. С. , К.ремков М. В. Изучение зторично-эмиссионнных характеристик и заряжения монокристалла гидрида лития // -Поверхность.-1989. -No. 5. -С.157-159,

11. Атабаев Б. Г. , Беседина Е. А. , Кареев М. С. Зарядка ионных монокристаллов при низкоэнергетическом электронном облучении //Поверхность. -1989. -No. 9. -С. 114-117

12. Atabaev B.G. , Besedina Е. А., Kareev M.S., Dzabbarganov R. Electron-stimulated desorbtion, secondary emission and charging of Ionic Crystals // Surface and Interfaces Analyses.-1990. V.-13.-P.475-479.

13. Atabaev B.G. , Besedina E. A. , Kareev M.S. Migrational coalescence under electron irradiation of discontinuous Ge films on KCl(lOO) // Abstract in Mat. I Inter.Conf. on Cryst, Growth CEPI-1).-1990.-Hungary.-Budapest.-P. 333-337.

14. At.abaev B.G. , Kareev M.S. Features of growth metal discontinuous thin films under low-energy ion beam exposure // Abstract in Mai. VII Int.conf.on Surf.Modif. of metal by ion beams (SMMIB-91).-1991.-Washington.-USA.-P.78.

15. Kareev M.S. Irradiation - stimulated coalescence in discontinuous thin films // Working group seminars abstract booklet (Spring College in Material Science on "Nucleation Growth & Segregation in Material Science & Engineering") -1991.-ICTP. -Trieste. -Italy. -P. 39.

16. Atabaev B.G., VergunV.R. , Dzabbarganov R. , Kareev M.S., Moiseeva E.A. Defect formation in MgAl304 dielectric coating under irradiation // In Mat. VIII Int.Conf.on Ion Beam Modif. of Mater.-Germany.-1992.-Heidelberg.

ЭЛЕКТРОН ВА ИОН НУРЛАРНИНГ ОРОЛЧАЛИ ВА ДИЭЛЕКТРИК ЮПКуА ЩЛАМЛАРГА ТАЪСИРИНИ УРГАИИИ Кареев М. С.

К^исцача Маэмуни Юпк,а н;атламлар ва коп лама лари олишнияг бсишанукч даври оролчасимон усиш ва коалесцеяаиякк урганиш микроэлектроника ва материалшуносликдаги технологии жараёнлар. учук муз^им маълумотларини беради. Катламяар уотириининг дастлэбки даврица к;атлам-таглик тизтогаки курлаш таъсирида к.оапесценция кинетикаск, уэгаради, снрт буйича масса кучиш теэланади га эпитаксия температураси пасаяди.

■- Ушбу ишда нурлаш.таъсири остида оролчаларнияг кучиш ва кейинчалик коалесценцияланкш цонуниятларнк ургаяилгаи ва аморф оролчаларнинг ССе/КС1) кучиш механизма тавсая этилган. Электрон ва ионлар билан нурлашнинг Аи/БЮ цатламлардаги оролчаларнинг коалесценцияланишига ва диэлектрик тагликлар СМдО, А1г0з5гг таъсири узаро солиштирилган. ¡^атлам усиши кинетикасига таглик хоссаларининг ^атлам опт шароитига доглж з^олдаги таъсирини ани:у1Э.ш максадида 310^/31 к,атлам-таглик тад^кц килинди.

Ионлар билан нурлаганда кучиб кэалесценциаланиш механизмига оролчарнинг чанглакиши га иурлаш таьсирида з^осил буладиган ну^еокларда цайта вужудга келиш механизмларинпнг чушилиши курсатилган. КС! тагликдаги Се аморф оролчапарнакг кучиб хоалесценцияланиша сиртнинг зарядлаккаи таъсирила руй бернши аник,лантан, 510 /Б1да потекцкалнинг снрт буйича 1рйта тг^симлалишига одиб келувчи дифференциал макфий заряяланка ш бериши курсатилган. Ззрлдлаиган ив тали оролчаларнинг кучг<3 коалесцекикялакиш \'оле;1и ахлгб чи^илдя, бу нурлая за рагбатлантмрилгак десорбция шароитларида дизлектрнклар скртага ну^сонлар ;К-мэсказлар)нинг бкригж мехакксми ^акидага тасавау;тарна огёдашаштириа чмкокини беради. ,

THE INVESTIGATION OF EFFECT OF ELECTRON AND ION

IRRADIATION OH DISCONTINUOUS AND DIELECTRIC FILMS KareevM.S.

Summary

Study of initial stages of thin films and coating formation (island growth and coalescence) for microelectronics and engineering applications was delivered. Significant kinetic changes, surface ma£':-transfer stimulation and epitaxial temperature decreasing under irradiation have been occured for initiai stages of growth.

Island migration as whole followed by coalescence under irradiation was studied and amorphouse island motion mechanism was suggested Cfor Ge/KCl). Electron and ion irradiation effect upon coalescence of discontinuous films CAu/SiOx) and dielectric substrates CMgO, Al30a) was compared. To clear up the substrate properties and substrate fabrication method influence upon films growth kinetic of the SiO^Si system was investigated.

It was shown that to coalescence mechanism under ion irradiation were added island sputtering and renucleation on preffered sites induséd by irradiation. It was established that migration coalescence of amorphôuse Ce islands was caused by of Ge/KCl system charging. Surface potential difference across resuis froa negative differential charging of SiC^/Si system, was established. Migrâtional coalescence of charged islands model was developed for irétal colloids formation ( from ?-centres) tc refining under charged particles irradiation and stimulated desorbticn conditions.