RU2522667C2 - Method of determining elemental composition and thickness of surface film of solid body with external action on surface - Google Patents

Method of determining elemental composition and thickness of surface film of solid body with external action on surface Download PDF

Info

Publication number
RU2522667C2
RU2522667C2 RU2012132557/28A RU2012132557A RU2522667C2 RU 2522667 C2 RU2522667 C2 RU 2522667C2 RU 2012132557/28 A RU2012132557/28 A RU 2012132557/28A RU 2012132557 A RU2012132557 A RU 2012132557A RU 2522667 C2 RU2522667 C2 RU 2522667C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ions
solid body
reflected
solid
thickness
Prior art date
Application number
RU2012132557/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012132557A (en
Inventor
Валерий Александрович Курнаев
Никита Вадимович Мамедов
Дмитрий Николаевич Синельников
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом"
Priority to RU2012132557/28A priority Critical patent/RU2522667C2/en
Publication of RU2012132557A publication Critical patent/RU2012132557A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522667C2 publication Critical patent/RU2522667C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Length-Measuring Devices Using Wave Or Particle Radiation (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention can be used to determine elemental composition and thickness of the surface film of a solid body. The method includes measuring energy spectra of ions reflected and knocked from the surface of the solid body, wherein the energy spectra are measured directly in the process of applying external action on the surface of the solid body or immediately after said action by successive irradiation of the surface of the solid body with inert gas ions and hydrogen ions that are mass-separated according to mass-to-charge ratio by applying a corresponding accelerating voltage across an ion source operating on a mixture of inert gases and hydrogen, wherein the elemental composition of the surface layer of the solid body is determined from the energy spectra of reflected inert gas ions and the thickness of the film is determined from the energy spectra of reflected hydrogen ions.
EFFECT: broader functional capabilities of determining elemental composition of a surface film of a solid body.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к экспериментальной физике и методам контроля поверхности материалов при нанесении (образовании) или удалении с нее тонких слоев веществ, отличающихся по среднему атомному номеру от материала подложки, в том числе в условиях плазменного воздействия.The invention relates to experimental physics and methods for controlling the surface of materials when applying (forming) or removing thin layers of substances from it, which differ in average atomic number from the substrate material, including under conditions of plasma exposure.

Для анализа состава поверхности и осажденных на ней слоев широко используются методы вторично эмиссионной спектроскопии с распылением поверхности зондирующим пучком. Однако при этом разрешение по глубине в этих методах ограничено и сопровождается разрушением образца [Woodruff DP., Delchar T.A. Modern techniques of durface science, Cambridge, Cambridge University Press, 1986]. Спектроскопия обратного резерфордовского рассеяния может быть использована как неразрушающий метод анализа, но требует применения дорогостоящих ускорителей [B. Breeger, E. Wendler, W. Trippensee, Ch. Schubert, W. Wesch; Nuclear instruments and methods in physics research; В174, 199-204; 2001].To analyze the composition of the surface and the layers deposited on it, the methods of secondary emission spectroscopy with spraying the surface with a probe beam are widely used. However, the depth resolution in these methods is limited and is accompanied by sample destruction [Woodruff DP., Delchar T.A. Modern techniques of durface science, Cambridge, Cambridge University Press, 1986]. Rutherford backscattering spectroscopy can be used as a non-destructive analysis method, but requires the use of expensive accelerators [B. Breeger, E. Wendler, W. Trippensee, Ch. Schubert, W. Wesch; Nuclear instruments and methods in physics research; B174, 199-204; 2001].

Наиболее близким способом к предлагаемому изобретению и принятым в качестве прототипа является способ определения элементарного состава твердого тела [RU 2017143 С1], в котором, путем измерения масс-спектра вторичных частиц, получаемых из материала, и измерения энергетических распределений анализируемых частиц, находят искомую концентрацию каждого компонента.The closest method to the present invention and adopted as a prototype is a method for determining the elemental composition of a solid [RU 2017143 C1], in which, by measuring the mass spectrum of secondary particles obtained from the material and measuring the energy distributions of the analyzed particles, the desired concentration of each component.

Однако, данный способ, реализованный в макетном образце прибора [Гордеев Ю.С., Каблуков С.Б., Макаренко Б.Н., Попов А.Б., Шергин А.П. Определение компонентного состава ВТСП с помощью масс-спектрометрии вторичных атомов. Заводская лаборатория,, т.56, N 8, с.52-55, 1990], не позволяет определить толщину поверхностных слоев, а также из-за необходимости проведения анализа в высоком вакууме ~10-8 Торр не позволяет исследовать динамику изменения состояния поверхности непосредственно при его технологической обработке, например при плазменном воздействии или при травлении ионным пучком или при напылении с помощью ионных пучков.However, this method is implemented in a prototype device [Gordeev Yu.S., Kablukov SB, Makarenko BN, Popov AB, Shergin AP Determination of the component composition of HTSC using mass spectrometry of secondary atoms. Factory laboratory, t.56, N 8, pp.52-55, 1990], does not allow to determine the thickness of the surface layers, and also because of the need for analysis in high vacuum ~ 10 -8 Torr does not allow to study the dynamics of changes in the state of the surface directly during its technological processing, for example during plasma exposure or during etching by an ion beam or during sputtering using ion beams.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей определения элементного состава поверхностной пленки твердого тела, а именно определение элементного состава и толщины поверхностного слоя твердого тела при внешнем воздействии на поверхность.The technical result of the invention is the expansion of the functionality to determine the elemental composition of the surface film of a solid, namely the determination of the elemental composition and thickness of the surface layer of a solid when exposed to the surface.

Технический результат достигается тем, что измерение энергетических спектров ионов водорода и ионов инертных газов отраженных и выбитых из поверхности твердого тела производят непосредственно в процессе внешнего воздействия на поверхность твердого тела или сразу после него путем поочередного облучения во времени поверхности твердого тела масс - сепарированными по отношению масс к заряду ионами водорода и ионами инертных газов с энергиями, при этом поочередное облучение ионами водорода и инертных газов осуществляют путем подачи соответствующего ускоряющего напряжения на ионный источник, работающего на смеси инертных газов и водорода, при этом об элементном составе поверхностного слоя твердого тела судят по энергетическим спектрам однократно отраженных ионов инертных газов и ионов отдачи, а о толщине поверхностного слоя твердого тела по энергетическим спектрам рассеянных ионов водорода. В качестве ионов инертных газов используют гелий, неон или аргон, а внешнее воздействие осуществляют путем травления ионным пучком, или напыления с помощью ионных пучков, или облучения плазмой или нагрева.The technical result is achieved in that the measurement of the energy spectra of hydrogen ions and inert gas ions reflected and knocked out of the surface of a solid is carried out directly in the process of external action on the surface of a solid or immediately after it by sequentially irradiating in time the surface of a solid body with masses separated by mass to a charge by hydrogen ions and inert gas ions with energies, while alternately irradiating with hydrogen and inert gas ions is carried out by supplying corresponding accelerating voltage to an ion source operating on a mixture of inert gases and hydrogen, while the elemental composition of the surface layer of a solid is judged by the energy spectra of singly reflected inert gases and recoil ions, and the thickness of the surface layer of a solid by the energy spectra of scattered hydrogen ions . Helium, neon or argon are used as inert gas ions, and external action is carried out by etching with an ion beam, or by sputtering using ion beams, or by irradiation with plasma or heating.

Ионные пучки водорода и инертных газов создают с помощью одного ионного источника, например дуоплазматрон, работающего на смеси инертных газов и водорода. Это позволяет получать одновременно ионы, обеспечивающие анализ атомов на поверхности, а также ионы, обеспечивающие измерение толщины слоя со средним атомным номером, отличающимся от среднего атомного номера подложки. Ионы инертных газов с высоким потенциалом ионизации, отраженные от поверхности твердого тела на фиксированный угол в пределах 5-30° потоках частиц формируют узкие пики однократно рассеянных ионов или выбитых ионов отдачи, энергия которых однозначно связана с массой атомов поверхности. Из законов сохранения энергии и импульса следует, что энергия иона после упругого рассеяния на атомеIon beams of hydrogen and inert gases are generated using a single ion source, for example, a duoplasmatron operating on a mixture of inert gases and hydrogen. This makes it possible to simultaneously obtain ions providing an analysis of atoms on the surface, as well as ions providing a measurement of the layer thickness with an average atomic number different from the average atomic number of the substrate. Inert gas ions with a high ionization potential reflected from a solid surface at a fixed angle within 5-30 ° particle flows form narrow peaks of singly scattered ions or knocked-out recoil ions, the energy of which is uniquely related to the mass of surface atoms. From the laws of conservation of energy and momentum, it follows that the ion energy after elastic scattering by an atom

E 1 = E 0 ( γ cos ϕ + 1 γ 2 sin 2 ϕ 1 + γ ) 2 , ( 1 )

Figure 00000001
E one = E 0 ( γ cos ϕ + one - γ 2 sin 2 ϕ one + γ ) 2 , ( one )
Figure 00000001

где γ=m/M, m - масса налетающей частицы, М - масса атома, на котором рассеивается электрон. При этом атому поверхности передается энергияwhere γ = m / M, m is the mass of the incident particle, M is the mass of the atom on which the electron is scattered. In this case, energy is transferred to the surface atom

E 2 = 4 γ E 0 cos 2 ϕ ( 1 + γ ) 2 , ( 2 )

Figure 00000002
E 2 = four γ E 0 cos 2 ϕ ( one + γ ) 2 , ( 2 )
Figure 00000002

где φ - угол между направлением импульса, переданного атому в результате рассеяния и направлением первоначальной траектории иона. Для анализа тонких приповерхностных слоев необходимы ионы водорода, которые из-за малого сечения упругого рассеяния (по сравнению с более тяжелыми ионами) глубоко проникают в поверхность и, отражаясь от атомов в глубине твердого тела и теряя по пути свою энергию за счет неупругих соударений, формируют широкие куполообразные энергетические распределения отраженных частиц, форма которых зависит от атомного номера частиц среды и толщины соответствующих слоев на поверхности мишени. Причем при использовании ионов (или атомов) водорода узкие пики однократного рассеяния практически не наблюдаются. Толщина поверхностного слоя определяется по формуле:where φ is the angle between the direction of the momentum transferred to the atom as a result of scattering and the direction of the initial ion trajectory. To analyze thin near-surface layers, hydrogen ions are necessary, which, due to the small cross section of elastic scattering (compared to heavier ions), penetrate deep into the surface and, being reflected from atoms deep in the solid and losing their energy along the way due to inelastic collisions, form wide domed energy distributions of reflected particles, the shape of which depends on the atomic number of the particles of the medium and the thickness of the corresponding layers on the target surface. Moreover, when using hydrogen ions (or atoms), narrow peaks of single scattering are practically not observed. The thickness of the surface layer is determined by the formula:

L = 2 k ( E 0 E m ) ( 3 )

Figure 00000003
L = 2 k ( E 0 - E m ) ( 3 )
Figure 00000003

где E0 - энергия налетающих ионов, Em - наиболее вероятная энергия ионов после отражения от исследуемой поверхности, k - значение тормозной способности, рассчитывалось по формуле Линдхарда-Шаффра kLS=0.082eVl/2/A (можно использовать другие литературные данные [Готт Ю.В. Взаимодействие частиц с веществом в плазменных исследованиях. М.: Атомиздат, 1978, 270 с]).where E 0 is the energy of the incident ions, E m is the most probable ion energy after reflection from the test surface, k is the stopping power, calculated by the Lindhard-Schaffer formula k LS = 0.082 eV l / 2 / A (other literature data can be used [ Gott Yu.V. Interaction of Particles with Matter in Plasma Studies (Moscow: Atomizdat, 1978, 270 s]).

Суть предлагаемого способа заключается в том, чтобы обеспечить поочередное облучение исследуемого образца теми и другими ионами. При этом вид и энергия ионов, используемых для определения элементного состава поверхностного слоя твердого тела, должны обеспечивать формирование компоненты однократно упруго отраженных ионов и выбитых ионов отдачи [Курнаев В.А., Машкова B.C., Молчанов В.А. // Отражение легких ионов от поверхности твердого тела // М. Энергоатомизат. 1985, 192 с], в то время как энергия ионов водорода, используемых для измерения толщины слоя на поверхности образца, должна быть достаточна для проникновения на всю глубину слоя, отражения от подложки и вылета обратно в вакуум [Курнаев В.А., Трифонов Н.Н., М.Н. Дроздов, Салашенко Н.Н. // Письма в ЖТФ, т.25 вып.11, 1999]. Данный способ исследования поверхностной пленки твердого тела обеспечивает монослойное разрешение анализируемой поверхности, а также позволяет исследовать пленки, состоящие из атомов, отличающихся по среднему атомному номеру от атомов подложки, например, поверхностный слой, состоящий из молекул воды и углеводородов на поверхности металлов. При этом данный способ позволяет не разрушать исследуемую поверхностную пленку твердого тела.The essence of the proposed method is to provide alternate irradiation of the test sample with those and other ions. In this case, the type and energy of ions used to determine the elemental composition of the surface layer of a solid body should ensure the formation of components of once elastically reflected ions and knocked-out recoil ions [Kurnaev VA, Mashkova B.C., Molchanov VA // Reflection of light ions from the surface of a solid // M. Energoatomizat. 1985, 192 s], while the energy of hydrogen ions used to measure the thickness of the layer on the surface of the sample should be sufficient for penetration to the entire depth of the layer, reflection from the substrate, and flight back into vacuum [Kurnaev VA, Trifonov N .N., M.N. Drozdov, Salashenko N.N. // Letters to the ZhTF, vol. 25 issue 11, 1999]. This method of studying the surface film of a solid body provides a monolayer resolution of the analyzed surface, and also allows you to study films consisting of atoms that differ in average atomic number from the atoms of the substrate, for example, a surface layer consisting of water molecules and hydrocarbons on the surface of metals. Moreover, this method allows not to destroy the investigated surface film of a solid.

Данный способ был реализован с помощью экспериментальной установки «Большой Масс-Монохроматор МИФИ «Крокодил» [Курнаев В.А., Мамедов Н.В. Модернизированная установка для исследования взаимодействия с поверхностью ионов с энергия до 40 кэв. «Краткие сообщения по физике» №4, с.45, 2010].This method was implemented using the experimental setup "Big Mass Monochromator MEPhI" Crocodile "[Kurnaev VA, Mamedov N.V. A modernized setup for studying the interaction with the surface of ions with an energy of up to 40 keV. “Brief Communications in Physics” No. 4, p. 45, 2010].

На фиг.1 представлена схема одного из вариантов реализации данного способа, где 1 - ионный источник дуоплазматрон, 2 - сепарирующий электромагнит, 3 - мишень, 4 - плазменный источник для воздействия на поверхность образца, 5 - электростатический энергоанализатор, 6 - детектор ионов, 7 - нагреватель образца, α - угол падения первичного пучка, θ - угол регистрации рассеянных ионов.Figure 1 presents a diagram of one of the options for implementing this method, where 1 is an ion source duoplasmatron, 2 is a separating electromagnet, 3 is a target, 4 is a plasma source for affecting the surface of the sample, 5 is an electrostatic energy analyzer, 6 is an ion detector, 7 is the sample heater, α is the angle of incidence of the primary beam, θ is the angle of registration of scattered ions.

Извлекаемый из источника ионов 1 пучок сепарируется по отношению массы к заряду, причем для ускоряющего ионы потенциала U0, массы М, заряда Z и величины сепарирующего поля В выполняется соотношение (U0M/Z)1/2/B=const. Изменяя ток в электромагните 2, выделяют нужную компоненту пучка U0M/Z=const и направляют на мишень 3, расположенную в камере столкновений. После чего отраженные частицы проходят электростатический энергоанализатор 5 и регистрируются с помощью детектора 6. При этом мишень может подвергаться плазменному воздействию 4 или нагреву 7.The beam extracted from the ion source 1 is separated by the ratio of mass to charge, and for the ion accelerating potential U 0 , mass M, charge Z, and the magnitude of the separating field B, the relation (U 0 M / Z) 1/2 / B = const is satisfied. By changing the current in electromagnet 2, the desired component of the beam U 0 M / Z = const is extracted and sent to target 3 located in the collision chamber. After that, the reflected particles pass through the electrostatic energy analyzer 5 and are recorded using the detector 6. In this case, the target can be subjected to plasma exposure 4 or heating 7.

Например, для того, чтобы осуществить одновременное определение состава и толщины слоя из легких атомов карбида бора на поверхности подложки из тяжелых атомов молибдена необходимо попеременно направлять на мишень ионы водорода и гелия, изменяя ускоряющее ионы напряжение на ионном источнике в соответствии с условием U0M/Z=const. При использовании для анализа однозарядных ионов гелия переход от облучения ионами H 2 +

Figure 00000004
к ионам 4He+ сводится к двукратному уменьшению величины ускоряющего потенциала. В рассмотренном случае слоя карбида бора на поверхности молибдена U0 должно попеременно составлять 5 и 2,5 кВ как показано на фиг.2 (где τанализ - время снятия энергоспектра), а масс-монохроматор настраивается на значение U0·M/Z=10 КэВ·а.е.м. При этом энергия ионов гелия обеспечивает формирование узких пиков однократно рассеянных ионов, а энергия ионов водорода наличие в энергетическом распределении отраженных частиц ионов, отраженных от слоя более тяжелых атомов подложки. При толщине слоя В4С порядка 4 нм и облучении ионами H 2 +
Figure 00000004
с начальной энергией 5,0 кэВ при регистрации под углом рассеяния 30° толщина слоя определяется с точностью ±0,03 нм На фиг.3 представлен характерный энергетический спектр ионов водорода отраженный от исследуемой поверхности (где 1 - энергетический спектр первичного пучка ионов водорода - дельта функция, 2 - энергетический спектр ионов водорода отраженных от исследуемой поверхности, 3 - положение наиболее вероятной энергии ионов после отражения от исследуемой поверхности). Ионы же гелия формируют спектр с узкими пиками, соответствующими частицам, однократно рассеянным от атомов бора и углерода, а также первично выбитым ионам отдачи тех же элементов. Поскольку атомы углерода обладают большим сродством к электрону, то для их детектирования измерялись энергетические спектры отрицательно заряженных атомов отдачи при облучении ионами 4He+. На фиг.4 представлен характерный энергетический спектр отрицательно заряженных ионов отдачи и ионов гелия выбитых и отраженных от исследуемой поверхности (где 1 - положение пика, соответствующего атомам отдачи кислорода, 2 - положение пика, соответствующего атомам отдачи углерода, 3 - куполообразная часть спектра соответствующая отрицательным ионам гелия, отраженным от поверхности) На фиг.4 четко видны два пика, которые соответствуют атомам отдачи углерода и кислорода (атомы кислорода являются остатками адсорбированных на поверхности молекул воды). Высокоэнергетическая часть этого спектра по форме полностью соответствует высокоэнергетической части спектра положительных ионов. Таким образом, куполообразная часть спектра соответствует отрицательным ионам гелия.For example, in order to simultaneously determine the composition and thickness of a layer of light boron carbide atoms on the surface of a substrate of heavy molybdenum atoms, it is necessary to alternately direct hydrogen and helium ions onto the target, changing the ion accelerating voltage on the ion source in accordance with the condition U 0 M / Z = const. When using helium ions for analysis, the transition from ion irradiation H 2 +
Figure 00000004
to 4 He + ions is reduced to a twofold decrease in the value of the accelerating potential. In the case considered, the boron carbide layer on the molybdenum surface U 0 should alternately be 5 and 2.5 kV as shown in Fig. 2 (where τ analysis is the energy spectrum removal time), and the mass monochromator is set to U 0 · M / Z = 10 KeV · a.m. In this case, the energy of helium ions ensures the formation of narrow peaks of singly scattered ions, and the energy of hydrogen ions is the presence in the energy distribution of reflected particles of ions reflected from a layer of heavier substrate atoms. When the thickness of the layer In 4 With about 4 nm and ion irradiation H 2 +
Figure 00000004
with an initial energy of 5.0 keV, when recording at a scattering angle of 30 °, the layer thickness is determined with an accuracy of ± 0.03 nm. function, 2 - energy spectrum of hydrogen ions reflected from the investigated surface, 3 - position of the most probable ion energy after reflection from the studied surface). Helium ions, on the other hand, form a spectrum with narrow peaks corresponding to particles once scattered from boron and carbon atoms, as well as primary knocked-out recoil ions of the same elements. Since carbon atoms have a high electron affinity, the energy spectra of negatively charged recoil atoms upon irradiation with 4 He + ions were measured to detect them. Figure 4 shows the characteristic energy spectrum of negatively charged recoil ions and helium ions knocked out and reflected from the surface under study (where 1 is the position of the peak corresponding to oxygen atoms, 2 is the position of the peak corresponding to carbon atoms, 3 is the domed part of the spectrum corresponding to negative helium ions reflected from the surface) In figure 4, two peaks are clearly visible, which correspond to the atoms of the return of carbon and oxygen (oxygen atoms are residues adsorbed on the surface of the mole water molecules). The high-energy part of this spectrum in shape is fully consistent with the high-energy part of the spectrum of positive ions. Thus, the domed part of the spectrum corresponds to negative helium ions.

Для анализа на порядок более толстых слоев можно использовать смесь газов Ne и Н2. В этом случае масс-монохроматор настраивается, например, на соотношение U0·M/Z=40 КэВ·а.е.м. В этом случае при подаче на источник ускоряющего потенциала 40 кВ на мишень попадут ионы H 2 +

Figure 00000004
с энергией 20 кэВ, а при уменьшении U0 до 2 кВ - ионы Ne+ с энергией 2 кэВ. Протоны позволят измерить по энергетическому спектру толщину слоя, а ионы неона - его состав.To analyze an order of magnitude thicker layers, a mixture of Ne and H 2 gases can be used. In this case, the mass monochromator is tuned, for example, to a ratio of U 0 · M / Z = 40 KeV · amu. In this case, when applying an accelerating potential of 40 kV to the source, ions will fall on the target H 2 +
Figure 00000004
with an energy of 20 keV, and with a decrease in U 0 to 2 kV - Ne + ions with an energy of 2 keV. Protons will make it possible to measure the thickness of a layer from the energy spectrum, and neon ions - its composition.

Резкое различие в энергиях первичных ионов позволяет проводить непрерывную регистрацию спектра рассеянных частиц. Если же характерные участки энергетических спектров для разных ионов совпадают, то, синхронизовав измерения спектров с изменением ускоряющего напряжения можно получать независимые спектры для разных ионов.A sharp difference in the energies of primary ions allows continuous recording of the spectrum of scattered particles. If the characteristic sections of the energy spectra for different ions coincide, then by synchronizing the measurements of the spectra with a change in the accelerating voltage, one can obtain independent spectra for different ions.

Степень одновременности измерения толщины и состава слоя на поверхности образца определяется частой изменения U0. Так, при частоте изменения U0 10 Гц анализ толщины и состава поверхности будет осуществляться с разницей во времени 0,1 с, при 100 Гц - с разницей в 10 мc.The degree of simultaneity in measuring the thickness and composition of the layer on the surface of the sample is determined by the frequent changes in U 0 . So, at a frequency of change of U 0 10 Hz, the analysis of the thickness and surface composition will be carried out with a time difference of 0.1 s, at 100 Hz - with a difference of 10 ms.

Таким образом, из вышеуказанного следует, что предлагаемый способ позволяет определять элементный состав и толщину поверхностного слоя твердого тела, находящегося под плазменным облучением с целью изучения закономерностей и механизмов взаимодействия плазмы ТЯР с кандидатными материалами первой стенки УТС. А также улучшить контроль поверхности материалов при нанесении (образовании) или удалении с нее тонких слоев веществ применяемых в электронной промышленности.Thus, it follows from the above that the proposed method allows one to determine the elemental composition and thickness of the surface layer of a solid under plasma irradiation in order to study the laws and mechanisms of interaction of TNR plasma with candidate materials of the first wall of the TCB. And also to improve the control of the surface of materials when applying (forming) or removing from it thin layers of substances used in the electronic industry.

Claims (3)

1. Способ определения элементного состава и толщины поверхностной пленки твердого тела при внешнем воздействии на поверхность, заключающийся в измерении энергетических спектров ионов, отраженных и выбитых из поверхности твердого тела, отличающийся тем, что измеряют энергетические спектры непосредственно в процессе внешнего воздействия на поверхность твердого тела или сразу после него путем поочередного облучения во времени поверхности твердого тела масс-сепарированными по отношению масс к заряду ионами водорода и ионами инертных газов путем подачи соответствующего ускоряющего напряжения на ионный источник, работающий на смеси инертных газов и водорода, при этом об элементном составе поверхностного слоя твердого тела судят по энергетическим спектрам отраженных ионов инертных газов, а о толщине пленки - по энергетическим спектрам отраженных ионов водорода.1. The method of determining the elemental composition and thickness of the surface film of a solid when exposed to the surface, which consists in measuring the energy spectra of ions reflected and knocked out of the surface of a solid, characterized in that the energy spectra are measured directly in the process of external action on the surface of a solid or immediately after it, by alternately irradiating in time the surface of a solid mass-separated with respect to masses to charge by hydrogen ions and inert ions a call by applying a corresponding accelerating voltage to an ion source operating on a mixture of inert gases and hydrogen, while the elemental composition of the surface layer of a solid is judged by the energy spectra of the reflected inert gas ions, and the film thickness by the energy spectra of the reflected hydrogen ions. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве ионов инертных газов используют гелий, неон, аргон или ксенон.2. The method according to claim 1, characterized in that helium, neon, argon or xenon are used as inert gas ions. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что внешнее воздействие осуществляют путем травления ионным пучком, или путем напыления с помощью ионных пучков, или путем облучения плазмой, или путем воздействия атомов или молекул газовой среды, или с помощью нагрева. 3. The method according to claim 1, characterized in that the external action is carried out by etching with an ion beam, or by spraying with ion beams, or by irradiation with plasma, or by the action of atoms or molecules of a gas medium, or by heating.
RU2012132557/28A 2012-07-30 2012-07-30 Method of determining elemental composition and thickness of surface film of solid body with external action on surface RU2522667C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012132557/28A RU2522667C2 (en) 2012-07-30 2012-07-30 Method of determining elemental composition and thickness of surface film of solid body with external action on surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012132557/28A RU2522667C2 (en) 2012-07-30 2012-07-30 Method of determining elemental composition and thickness of surface film of solid body with external action on surface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012132557A RU2012132557A (en) 2014-02-10
RU2522667C2 true RU2522667C2 (en) 2014-07-20

Family

ID=50031788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012132557/28A RU2522667C2 (en) 2012-07-30 2012-07-30 Method of determining elemental composition and thickness of surface film of solid body with external action on surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522667C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2655666C1 (en) * 2017-06-16 2018-05-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for definition of the erosion speed and decaying thin layers on plasma elements facing plasma installations (variants)
RU2656129C1 (en) * 2017-06-14 2018-05-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of layer-by-layer analysis of thin films

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2008655C1 (en) * 1991-02-04 1994-02-28 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН Method of element-wise analysis of surface monolayer of materials
RU2017143C1 (en) * 1991-04-23 1994-07-30 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН Method of determining elementary composition of solid body
EP0646786A1 (en) * 1993-09-29 1995-04-05 Sumitomo Electric Industries, Limited Improved ion scattering spectroscopy and apparatus for the same
RU2212650C1 (en) * 2002-09-16 2003-09-20 Калачев Алексей Александрович Facility to analyze physical and/or chemical properties of surface layer of solid body
RU2221236C1 (en) * 2002-09-16 2004-01-10 Калачев Алексей Александрович Process of analysis of physical and/or chemical properties of surface layer of solid body ( variants )
US20110266437A1 (en) * 2010-05-03 2011-11-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Method for chemical analysis and apparatus for chemical analysis

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2008655C1 (en) * 1991-02-04 1994-02-28 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН Method of element-wise analysis of surface monolayer of materials
RU2017143C1 (en) * 1991-04-23 1994-07-30 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН Method of determining elementary composition of solid body
EP0646786A1 (en) * 1993-09-29 1995-04-05 Sumitomo Electric Industries, Limited Improved ion scattering spectroscopy and apparatus for the same
RU2212650C1 (en) * 2002-09-16 2003-09-20 Калачев Алексей Александрович Facility to analyze physical and/or chemical properties of surface layer of solid body
RU2221236C1 (en) * 2002-09-16 2004-01-10 Калачев Алексей Александрович Process of analysis of physical and/or chemical properties of surface layer of solid body ( variants )
US20110266437A1 (en) * 2010-05-03 2011-11-03 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Method for chemical analysis and apparatus for chemical analysis

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2656129C1 (en) * 2017-06-14 2018-05-31 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" Method of layer-by-layer analysis of thin films
RU2655666C1 (en) * 2017-06-16 2018-05-29 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" Method for definition of the erosion speed and decaying thin layers on plasma elements facing plasma installations (variants)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012132557A (en) 2014-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Greczynski et al. X-ray photoelectron spectroscopy of thin films
Draxler et al. ACOLISSA: a powerful set-up for ion beam analysis of surfaces and multilayer structures
Kirschner et al. Angle resolved energy correlated coincidence electron spectroscopy of solid surfaces
Siketić et al. Quantitative analysis of hydrogen in thin films using Time-of-Flight Elastic Recoil Detection Analysis
Mamedov et al. LEIS analysis of the W surface during water vapor adsorption
Afanas’ev et al. Investigation of deuterium implantation into beryllium sample by electron energy loss spectroscopy
Corbella et al. Particle beam experiments for the analysis of reactive sputtering processes in metals and polymer surfaces
MX2011009486A (en) Combined method of secondary ion mass spectroscopy and energy dispersive x-ray for quantitative chemical analysis of various solid materials and thin films.
RU2522667C2 (en) Method of determining elemental composition and thickness of surface film of solid body with external action on surface
Wilhelm The charge exchange of slow highly charged ions at surfaces unraveled with freestanding 2D materials
Brison et al. Measurement and modeling of work function changes during low energy cesium sputtering
Grigore et al. Helium depth profile measurements within tungsten coatings by using Glow Discharge Optical Emission Spectrometry (GDOES)
Holeňák et al. Sensitive multi-element profiling with high depth resolution enabled by time-of-flight recoil detection in transmission using pulsed keV ion beams
Berthias et al. Measurement of the velocity of neutral fragments by the “correlated ion and neutral time of flight” method combined with “velocity-map imaging”
Kolasinski et al. Application of multi-angle scattering maps to stepped surfaces
Maeda et al. Rapid chemical state analysis in air by highly sensitive high‐resolution PIXE using a v. Hamos crystal spectrometer
Mantenieks et al. Low energy xenon ion sputtering yield measurements
JP2001272363A (en) Surface analyzing method for high resistance sample and analyzer
Mizohata Progress in elastic recoil detection analysis
Holeňák et al. Time-of-flight recoil detection in transmission using pulsed keV ion beams enables sensitive multi-element profiling with high depth resolution
Filippi et al. On the use of elastic peak electron spectroscopy (EPES) to measure the H content of hydrogenated amorphous carbon films
Gurbich et al. Non-Rutherford cross-sections for alpha elastic scattering off Z= 28–38 elements in the energy range up to 10 MeV
Szabo Novel insights into ion-solid interaction: Case studies for space weathering and nuclear fusion research
RU2655666C1 (en) Method for definition of the erosion speed and decaying thin layers on plasma elements facing plasma installations (variants)
Phu et al. Analytical Possibilities of Rutherford Backscattering Spectrometry and Elastic Recoil Detection Analysis Methods

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150731

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170118

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180731