Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Вторично-ионная масса спектрометрия



 Другие рефераты
Волны в упругой среде. Волновое уравнение Волоконно-оптические линии связи Вынужденные электромагнитные колебания Высокотемпературная сверхпроводимость

Калужский Филиал
                        Московского Государственного
                          Технического Университета
                              им. Н. Э. Баумана



          Кафедра Материаловедения и Материалов Электронной Техники



                               КУРСОВАЯ РАБОТА

                             по курсу  МИМ и КЭТ
                                  на тему:
                              “Вторично-ионная
                              масс-спектрометрия“



                                               выполнил:  студент гр. ФТМ—81

    Тимофеев А. Ю.
                                                           проверил:
Леднева Ф. И.



                                  г. Калуга
                                  1997 год.
Содержание

Введение                                                           3
Взаимодействие ионов с веществом                             3
Вторично-ионная эмиссия                                            5
Оборудование ВИМС.                                           8
Принцип действия установок.                                  9
Установки, не обеспечивающие анализа  распределения  частиц  по  поверхности
10
Установки,     позволяющие     получать     сведения     о     распределении
11
 элемента по поверхности, со сканирующим ионным зондом
Установки с прямым изображением                                    11
Порог чувствительности                                       12
Анализ                           следов                            элементов
14
Ионное                                                           изображение
      16
Требования к первичному ионному пучку                                   17
Масс-спектрометрический анализ нейтральных                   18
распыленных частиц
Количественный анализ                                        19
Глубинные  профили концентрации  элементов              22
Приборные факторы, влияющие на разрешение                    23
по глубине при измерении профилей концентрации
Влияние ионно-матричных эффектов  на разрешение              25
по глубине при измерении профилей  концентрации
Применения                                                   26
Исследование поверхности                                           26
Глубинные                        профили                        концентрации
27
Распределение частиц по поверхности,                               27
микроанализ и объемный анализ
Заключение                                                   27
Список литературы                                            29
Введение

      Возможности  получения  сведений  о  составе  внешнего  атомного  слоя
твердого   тела   значительно   расширялись   всвязи   с    разработкой    и
усовершенствованием  метода  вторично-ионной  масс-спектрометрии  (ВИМС)   и
других  методов.  Большинство   таких   методов   близки   к   тому,   чтобы
анализировать саму поверхность,  поскольку  основная  информация  о  составе
материала поступает из его приповерхностной области толщиной порядка 10А,  а
чувствительность всех таких методов достаточна для обнаружения  малых  долей
моноатомного слоя большинства элементов.
      Взаимодействие быстрых ионов с  твердым  телом  приводит  к  выбиванию
атомов и молекул материала как в нейтральном, так и в заряженном  состоянии.
На таком явлении сравнительного эффективного образования  заряженных  частиц
(вторичных    ионов)    и    на    принципе    высокочувствительных    масс-
спектрометрических измерениях и основан метод  ВИМС.  Хотя  у  него,  как  у
любого другого метода, имеются свои недостатки, только он  один  дает  столь
широкие возможности исследования и поверхности, и  объема  твердого  тела  в
одном приборе. Наиболее важными характерными особенностями  метода,  которые
вызывают  повышенный  интерес  к   нему,   являются   очень   низкий   порог
чувствительности для большинства элементов (меньше 10-4 моноатомного  слоя),
измерение профилей концентрации малых количеств  примесей  с  разрешение  по
глубине  меньше  50А,  разрешение   по   поверхности   порядка   микрометра,
возможность  изотопического  анализа  и  обнаружение  элементов   с   малыми
атомными номерами (H, Li, Be и т. д.)

Взаимодействие ионов с веществом

            [pic]

            Фиг.1. Виды взаимодействий ионов с твердым телом [2].
      В этом разделе рассматривается поведение ионов высоких   энергий (1  -
100 кэВ), попадающих на поверхность твердого  тела.  Фиг.1  иллюстрирует  10
разновидностей взаимодействия  ионов с поверхностью [2]. Падающий ион  может
обратно рассеиваться атомом или группой атомов бомбардируемого образца  (1).
Процесс обратного рассеяния обычно приводит к отклонению траектории иона  от
первоначального  направления  после столкновения и к обмену  энергией  между
ионом и атомом мишени. Обмен энергией  может  быть  упругим  и  неупругим  в
зависимости от типа взаимодействующих частиц и энергии иона.
      Импульс иона может быть достаточно велик для  того,  чтобы    сместить
поверхностный атом из положения,  где  он  слабо  связан  с  кристаллической
структурой образца, в положение, где связь  оказывается  сильнее  (2).  Этот
процесс называется атомной дислокацией.  Ионы  с  более  высокими  энергиями
могут  вызывать  внутренние   дислокации   в   толще   образца   (3).   Если
соударяющиеся  с  поверхностью  образца  ионы  передают  настолько   большой
импульс, что полностью освобождают от  связей  один  или  несколько  атомов,
происходит   физическое   распыление   (4).    Ионы   могут   проникать    в
кристаллическую решетку  и  захватываться  там,  израсходовав  свою  энергию
(ионная имплантация) (5)  .  В   результате    химических    реакций   ионов
с   поверхностными    атомами    на     поверхности     образуются     новые
химические  соединения,  причем    самый   верхний    слой   атомов    может
оказаться   в    газообразном    состоянии    и    испариться    (химическое
распыление)   (6).   Бомбардирующие   положительные   ионы    в   результате
процессса    оже-нейтрализации    могут    приобретать    на     поверхности
электроны и отражаться от нее в  виде  нейтральных             атомов   (7).
Ионы    могут     оказаться     связанными     с     поверхностью    образца
(адсорбированными)   (8).   При    ионной    бомбардировке     металлических
поверхностей    в    определенных     условиях     возможно    возникновение
вторичной    электронной   змиссии    (9).   Наконец,   если   поверхностные
атомы    возбуждаются      до     ионизированных    состояний   и   покидают
образец,  имеет  место   вторичная  ионная эмиссия (10).
      Замедляясь, ион передает энергию твердому телу. При анализе  процессов
потери энергии  удобно  различать  два  основных  механизма:   соударения  с
электронами и соударения с ядрами.
      Первый  механизм состоит в том,  что  быстрый  ион  взаимодействует  с
электронами  кристаллической  решетки,   в   результате    чего    возникают
возбуждение и ионизация атомов кристалла. Поскольку плотность  электронов  в
веществе мишени высока и такие столкновения многочисленны, этот процесс,
как и в случае потери энергии электронами, можно считать  непрерывным .
      В   рамках   второго   механизма   взаимодействие   происходит   между
экранированными зарядами ядер первичного иона и   атомами   мишени.  Частота
таких столкновений ниже,  поэтому   их  можно    рассматривать  как  упругие
столкновения двух   частиц.  Ионы   высоких   энергий   хорошо   описываются
резерфордовским   рассеянием,  ионы   средних  энергий    -   экранированным
кулоновским рассеянием, однако при малых  энергиях характер   взаимодействия
становится более сложным.
      Кроме перечисленных выше  механизмов  вклад  в  энергетические  потери
дает обмен зарядами между движущимся ионом  и атомом  мишени. Этот   процесс
наиболее   эффективен,  когда  относительная   скорость   иона   сравнима  с
боровской      скоростью      электрона       (      ~106       м/с)       .

       Таким   образом,   полные   потери    энергии    -     dЕ/dz    можно
представить в виде суммы  трех   составляющих  -   ядерной,  электронной   и
обменной.
      При малых энергиях ионов преобладает взаимодействие с ядрами,  которое
приводит к появлению  угловой  расходимости   пучка.  При  высоких  энергиях
более  существенными  становятся  столкновения  с  электронами.  Справедливо
следующее эмпирическое правило:  передача  энергии  кристаллической  решетке
осуществляется в основном за счет ядерных столкновений при  энергиях  меньше
А кэВ, где А -  атомный  вес  первичного  иона.  В  промежуточном  диапазоне
энергий  вклад  потерь,  обусловленных  обменом  заряда,  может   возрастать
примерно до 10% от  полных  потерь.  Зависимость  энергетических  потерь  от
энергии  первичного иона показана на фиг.2.

[pic]
Фиг.2. Зависимость энергетических потерь иона от энергии [2].

[pic]
Фиг.3.      Схематическое представление взаимодействия ионов с мишенью [2].
      Неупругие  взаимодействия  с  электронами  мишени  вызывают  вторичную
электронную   эмиссию,   характеристическое   рентгеновское   излучение    и
испускание световых квантов.  Упругие  взаимодействия  приводят  к  смещению
атомов  кристаллической  решетки,  появлению   дефектов   и   поверхностному
распылению. Эти процессы схематически проиллюстрированы на фиг. 3.
      Энергетический спектр рассеянных  твердотельной  мишенью      ионов  с
начальной  энергией Е0  схематически   представлен  на  фиг.4.  Здесь  видны
широкий низкоэнергетический (10 - 30 эВ)  горб,  соответствующий  испусканию
нейтральных атомов     (распыленные  атомы),  и  высокоэнергетический  горб,
расположенный вблизи энергии первичного иона Е0 (упругорассеянные ионы).

Вторично-ионная эмиссия

       Основные   физические   и   приборные    параметры,   характеризующие
метод  ВИМС,  охватываю
12345След.
скачать работу


 Другие рефераты
Франклин Рузвельт как человек и политик
Обзор современного программного обеспечения управления проектами
Физика и музыка
Бас бостандығынан айырмай түзеу жұмыстары түріндегі жазаны өтеудің жағдайы мен тәртібі


 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ