Способ автоионномикроскопического измерения профилей пробегов имплантированных в металлы ионов

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 19) Сг 08 1 7372 ГОСУД ПО ДЕ ИСАНИЕ ИЭОБРЕТ СВИДЕТЕЛЬСТВ ВТОРСН пол ндерна. р ЮО ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРэоБРетений и откРытий(56) 1, Методы анализа поверхности/Пер. с англ, под ред. П.ЗаМ.: Мтер, 1979, с, 401,2. йпапо Ю. еС а 1., "ВапЕе ргоЛ 1 ез оГ 1 оч-епегду. (100-1500 еЧ)шр 1 апСей Не апй Не аСотпз п СипэзСеп, "РЫ.1 озорМса 1 Мадак 1 пе",ч. 44 А, 1981, р. 177.(54)(57) СПОСОБ АВТОИОННОМИКРОСКОПИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЕЙ ПРОБЕГОВИМПЛАНТИРОВАННЫХ В МЕТАЛЛЫ ИОНОВ,включающий последовательное импульс- ное испарение образца электрическимем, регистрацию имплантированных ионов, удаленных за время одного испаряющего импульса, и определение профиля пробега ионов по их суммарному числу за число импульсов, соответствующее удалению одного атомного слоя образца, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьвпещй точности измерений, после каждого им" пульса дополнительно регистрируют удаленные атомы образца, а число импульсов для удаления одного атомного слоя определяют по моменту спада зависимости числа атомов образца от числа импульсов до нулевого значения.Изобретение относится к областиавтоиоцной микроскопии и радиационнойфизики твердого тела и предназначенодлл Определения профилей пробеговниэкоэцергетичных ионов В металлах и сплавах,Известен способ автоионномикроскопического измерения профилей пробегов импляцтированных в металлы ионов, Включающий последовательное импульсное испарение полем материала образца, вывод во времяпролетный масс-анализатор Одновременно порядка 10-20 ионов и дискриминированнув регистрацию детектором масс-спектро"метра ионов только определенного типа, В даццом случае имплацтирован" ного ВегЯства 111. Способ предполагает перцопцческий 1 ьапуск В Вакуумную систему прибора изображающего газа "- ,цлл коцтроля количества испаренных поемем ЯтОмцьх слоев Г)браэца фНедостатком способа являются боль" шце цремецць 1 е затраты, связанные сцеОбхОДи 1101 тью чЯстОГО пРриОДическОго цацуска ц откачки изображающего газа а также пизкал точность анализа., .1 оследцее особеццо усугубляетсяВ т 011 случае если изучя 1 отся прОфилипробегов газа который используется иВ качестве изображающего (например,гелия, " тогда погрешность достигает".00-150),Иаиболее близким по техническоиущноьси 1 к предлагаемому являетсяспособ автоионцомикроско 1 гическогои.1 мере нц 11 пр Офи 11 ей пр Об Г гов импл Яцти110 ва 11 ПРх В металль 1 ИОВОВ Включа 10Щцй ЦОСЛЕДОВЯТЕЛЬЦОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ИСпарение Обпазца э)1 ектрцческим ПОлРм1 ЛГ ИСТ 8 ци 1 Г Ц 1, ЦЛЯ Цт ИРОВ ЯННЫХ ИОНОВудалсгц 1 ых за Вр;1 л одного испяряющего цмпуз 11 ся, и Определение профиля11 робе 18 ионов по их суммарному числузя число импульсов, соответствующееуцалец 111 о одного ато:1 цого спол образца 21, "пос 00 предполагает одцократ"цоа ц, б 11 вце 1 ц 10 ЯВто 10 ИИОгО и 30 б 11 эже"ццл ца начальном этапе анализа с тем.,ч гобы оцепить каче:твс исходной поВРрхцости Обр 831 УЯ 11 е" кривизцу 11ВЫВ тц т Ч 1 НЯЛИЗЯ ЦУжЦУ 1 О КРЦСТВЛЛЦ-.ческув граньДал 1.,ие 11111 ий анализ предполагает мцогократпое импульсное ис р е 11 и Р мн 01 их В т Омць 1 х с 1 Г 1 Р В Об р 11 э ц 8 П 1 ТЦЧЕМ ИХ КОЛИЧЕСТВО Я, ОЦЕНИВаЕтСЯ Т О Г 1 Ь К О П О С 0 О Т В Е Т С Т В У 1 ОЩР МУ Ч 11 СЛ У Ц; п"11 ьсо 1 В В предположециц, что 11 д,5 1 О 11 20 25 и ,г Я 11 5 О является определенной функцией Го 7 и и (д 7 - амплитуда испаряющегоимпульса).Способ характеризуется высокойпроизводительностью анализов, Егоосновной недостаток - низкая точность измерений, на уровне50-1507.Целью изобретения является повышение точности измерений,Указанная цель достигается тем,что в способе автоионномикроскопичес"кого измерения профилей пробеговимплантированнь 1 х в металлы ионов,включающем последовательное импульсное испарение образца электрическимполем, регистрацию имплантированныхионов, удаленных за время одного испаря 1 ощего импульса, и определениепрофиля пробега ионов по их суммарному числу за число импульсов, соотВетствующее удалению одного атомногослоя образца, после каждого импульсадополнительно регистрируют удаленные атомы образца, а число импульсовдля удаления одного атомного слояопределяют по моменту спада зависимости числа атомов образца от числаимпульсов до нулевого значения.118 фиг. 1 приведена зависимостьОтношения амплитуды испаряющего импульса 1111 к потенциалу образца Ч отоВеличинь 1 последнего в случаях испарения полем одного атомного слоя за2 или 3 (кривая 1) и 5 или б (криВая 2) импульсов; заштрихованные облаети соответствуют погрешностямопределения 11 и 7 с учетом тогофакта, что напряженность поля наилучшего отображения поверхности образца имеет неопределенность 15 Е.118 фцг. 2 приведен пример зависимости числа 11 Г, испаренных полем иудаленных за пределы диафрагмы заодин импульс атомов образца от числа 11 И импульсов для разных размеровХ зондового отверстия (значения .определяют число атомов грани, одновременно проходящих сквозь зондовоеотверстие и могут составлять от 3до 35). Зависимость получена из серии автоионных изображений грани(011) вольфрамового образца при- 8,0 кБ и 117 = 1,45 кВ. Сущность изобретения заключается и следующем,1 чл измерения профилей пробегов цмплантированных в металл ионов какого-либо Вещества необходимо опре10 20 25 ЗО 35 40 45 55 делить количество и атомов этого ве"щества во многих следующих один задругим параллельных слоях металла.Сами профили - это зависимость иот удаленности соответствующего слояот поверхности, т.е. па = Г(х), гдеФх - расстояние от исходной поверхности металла вглубь.Информация о профилях пробеговиона различных веществ и разных энергий в разных металлах очень важна врадиационной физике твердого тела:она позволяет установить средний проеюгивный пробег ионов в металлах,его зависимость от энергии внедряемых ионов и характер взаимодействияионов с металлами, их поведение вкристаллической решетке, потенциалымежатомного взаимодействия, кристаллографическую анизотропию пробегов.Шаг указанных зависимостей па =Г(х) - толщина одного слоя д 1, которому соответствует текущее значение и . Наиболее точными измерениябудут в том случае, если 66 соответствует одному атомному слою. Как показывает эксперимент, импульсное испарение полем позволяет удалять однукристаллическую грань (насчитывающую80-30 атомов) не за один, а за несколько единиц или даже десятков импульсов. Наибольшей является точностьопределения числа ионов (атомов - и),попадающих на детектор времяпролетного масс-анализатора после одногоимпульса. Поэтому главная задача, оп-,ределяющая точность измерения профилей пробегов ионов в металлах, сводится к точному определению моментаудаления каждого из следующихдругза другом атомных слоев без перерывов в серии последовательных испаряющйх импульсов,В известном способе 21 предпола" гается существование четкой зависимости числа испаряемых полем атомных слоев Ба от Вр (связанного с ним, им определяемого значения Чд 7 и Б 1, или количества импульсов Б требуемых для удаления одной грани от дУ и Ур), т.е. считается, что можно построить некоторую зависимость, с помощью которой исходя из началь ного значения потенциала образца Ч и выбранного значения дЧ можно точно установить количество импульсов Б, эа которое удаляется один атомный слой. Даже если бы это было так,потребовалось бы дополнительное выяснение вопроса, как со временем из" менять 7 и дЧ в условиях затупления образца. Учитывая неопределейность поля наилучшего отображения поверхности образца, это является сложной задачей.Экспериментальные исследования ки" нетики импульсного испарения полем вольфрамовых образцов показали, что погрешность измерений профилей пробегов ионов в металлах, обусловленная только использованием зависимостей Бд = Г (Чр, 67), составляет 50-1507, второе указанное выше обстоятельство будет вести к ее постепенному росту. Сказанное иллюстрируется графиком (см, фиг. 1). Как видно, в пределах "собственных" ошибок действие двух или трех испаряющих импульсовпрактически совпадает с действиемпяти или нести импульсов, что не соответствует действиТельности. Крометого, вероятностный характер процесса испарения полем, а также возможные вариации локальных напряженностей электрического поля в местах геометрических неоднородностей обуслов:ливают низкую повторяемость экспериментальных результатов. Иная ситуация имеет место, если масс-анализатор одновременно с БФ а (числом ионов имплантированного вещества, приходящих на детектор анализатора после одного импульса) регистрирует и соответствующее значение Б - число ионов материала саамого образца, удаленных этим же импульсом (см. фиг. 2). Эксперименталь"%ные зависимости Ба = Г (Ба) показывают четкие спады зависимости до ну" левого значения после полного удаления каждой из верхних граней. Причем они одинаково четко выражены практически для любых размеров зондовых отверстий, важно лишь, чтобы в это отверстие не могли проникнуть атомы, испаряемые с краев второгоследующего за верхним, атомного слоя. Таким образом, регистрируя одновременно в каждом импульсе значения Б и Ба и судя об удалении каждого атомного слоя по характерным спадам в зависимостях Ба = Ь (Б 1), обсуждаемая погрешность измеренйй1160880 Способ опробован и может быть использован для определения профилей пробегов легких ионов в тугоплавких металлах и нх сплавах. сводится практически к нулю, т.едостигается высокая точность иэме -рений профилей пробегов имплантированных в металлы ионов,И 5 2 Составитель В, Гаврюшинктор С. Титова Техред М.Гергель Корректор Е. Рош Тираж 678Государственноголам иэобретений иосква, Ж, Рауш лиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. П на 128/2 ВНИИ по 113035Подписное митета СССР ткрытий ая наб., д, 4/5