Основы физики поверхности твердого тела - Киселев В.Ф.
Скачать (прямая ссылка):
дефектов упаковки и т.д. Оно основано на анизотропии химических связей
вблизи дефектов, что обуславливает различие скоростей растворения
материала. В результате образуется рельеф - фигуры травления, дающие
возможность судить о расположении и концентрации макроскопических
дефектов. Например, вблизи выхода на поверхность дислокаций образуются
чечевицеобразные фигуры травления с поперечным размером, достигающим де-
а б
Рис.4.2. Фигуры травления антимонида индия (а) и арсенала индия (б)
сятков микрон, различимые в оптическом микроскопе. Примеры таких фигур
приведены на рис.4.2. Сравнивая с рис. 1, а и б введения, мы видим, что
травление существенно сглаживает рельеф поверхности.
В последние годы в связи с развитием субмикронных и на-нометрических
технологий разработан ряд более совершенных методов селективного
травления. Среди них отметим инициирование химических реакций в слое
адсорбированных на поверхности молекул с помощью электронных пучков
диаметром порядка нескольких нм. Продукты реакции селективно травят
поверхность и создают заданный рельеф. Так, в случае GaAs с
адсорбированными молекулами CI2, используя электронный пучок сканирующего
туннельного микроскопа, удалось создать заданный рельеф со средней
глубиной = 3 нм.
4.2. Морфология поверхности
4.2.1. Микроскопические исследования. Развитие современной
электронной микроскопии позволило осуществиться давнишней мечте физиков -
увидеть атомы твердого тела. Просвечивающая электронная микроскопия
высокого разрешения (ПЭМ) уже позволяет исследовать тонкие пленки с
разрешением 0,2-0,5 нм. Например, на срезах структур Si-Si02 удается
надежно фиксировать неоднородности границы
Экспериментальные исследования структуры и свойств поверхности.
123
раздела размером порядка 1,5 нм. Это включения кластеров кремния в оксид
и ступеньки роста как кремния, так и оксида.
При переходе к толстым пленкам (более микрона) используется электронная
микроскопия "на отражение", разрешающая способность которой существенно
ниже. Для повышения контрастности поверхности приходится прибегать к ее
декорированию сильно рассеивающими атомами металлов (Pt, А1), оттеняющими
рельеф, или использовать метод реплик, когда с помощью полимерной пленки
снимается отпечаток поверхности, который затем анализируется с помощью
ПЭМ. Значительный прогресс в изучении поверхности был достигнут после
разработки сканирующего растрового электронного микроскопа (РЭМ),
позволяющего получать трехмерную картину поверхностной фазы - рис. 1,а,б
введения. Его разрешающая способность обычно 5-20 нм.
При взаимодействии с поверхностью пучка первичных быстрых электронов (с
энергией в сотни кэВ в случае ПЭМ и десятки кэВ для РЭМ) возникает
несколько видов ихлучения: вторичные электроны, рентгеновское (тормозное
и характеристическое) и оптическое излучения. Анализ пучка вторичных
электронов позволяет не только повысить разрешающую способность РЭМ, но и
получить ценные сведения о локальных электрических и магнитных полях на
поверхности. Детектирование электромагнитного излучения дает возможность
одновременно с получением изображения участка поверхности судить о
кристаллографической структуре (микродифракция), дефектах
(катодолюминесценция) и его составе (оже-спектры). В современных РЭМ эта
информация может быть получена с площадок в несколько квадратных
нанометров. Если поверхность полностью разупорядочена, дополнительную
информацию дает анализ фазового контраста изображения, т.е. сдвига фаз
электронных пучков при их взаимодействии с поверхностью. Использование
импульсной техники позволяет получать не только статическую картину
участков поверхности, но и изучать динамические процессы на ней -
диффузию тяжелых атомов, их сегрегацию, фазовые переходы и др. Временное
разрешение может быть доведено до нескольких пикосекунд.
Разрешающая способность и контрастность, обеспечиваемые микроскопом,
могут быть существенно повышены, если использовать не электронные, а
ионные пучки. При этом значительно снижаются дифракционные искажения,
поскольку длина волны де Бройля для более тяжелых, чем электроны, частиц
меньше. Идея метода заключается в ионизации находящихся в камере
микроскопа легких атомов (Н, Не) на поверхности образца, который
изготовлен в виде острия с очень малым радиусом закругления (-10 нм).
Возникающие в сильных электрических полях (до 109 В см"1) ионы
разгоняются полем
124
Глава 4
между острием и экраном, на котором и формируется изображение острия,
увеличенное в 107-10s раз и характеризующееся разрешением 0,2-0,3нм.
Создателю полевого ионного микроскопа (ПИМ) Мюллеру (1951 г.) впервые
удалось получить изображение атомов на разных гранях вольфрамового острия
- рис.4.3. К сожалению, метод позволяет исследовать поверхность только
очень тугоплавких металлов из-за разрушения острия в сильном поле -
полевого испарения. Вместе с тем полевое испарение одновременно с
Рис.4.3. Изображение вольфрамового масс-спектроскопическим анализом
