- •Воронеж 2006
- •Введение
- •1. Дифракция медленных электронов
- •1.1. Эксперимент Дэвиссона и Джермера
- •1.3. Рассеяние медленных электронов: вторичная электронная эмиссия
- •1.4. Волновые свойства микрочастиц. Дифракция электронов
- •2. Метод эсха
- •2.1. Основные принципы метода эсха
- •2.2. Фотоэффект в методе эсха и в рентгеновской абсорбционной спектроскопии
- •2.4. Вычисление энергии связи на основе данных, полученных методом эсха
- •2.5. Модификация диаграммы уровней, связанная с наличием двойных слоев и электрических полей
- •2.6. Собственные ширины уровней и расстояния между ними
- •2.7. Исследования поверхности методом эсха
- •3. Метод Оже-спектроскопии
- •3.1. Физические основы метода Оже-электронной спектроскопии
- •3.2. Аппаратура и методика измерений Оже-спектра
- •3.3. Методика подготовки образцов
- •3.4. Качественный и количественный анализ
- •3.4.1. Методика эксперимента
- •3.4.2. Описание экспериментальной установки
- •3.4.3. Растровая Оже-электронная спектроскопия
- •3.4.4. Применение Оже-спектроскопии
- •4. Вторично-ионная масс-спектрометрия
- •4.1. Взаимодействие ионов с веществом
- •4.2. Вторично-ионная эмиссия
- •4.3. Оборудование вимс.
- •4.3.1. Принцип действия установок.
- •Установки, не обеспечивающие анализа распределения частиц по поверхности
- •Установки, позволяющие получать сведения о распределении элемента по поверхности, со сканирующим ионным зондом
- •Установки с прямым изображением
- •4.3.2. Порог чувствительности
- •4.3.3. Анализ следов элементов
- •4.3.4. Ионное изображение
- •4.3.5. Требования к первичному ионному пучку
- •4.4. Масс-спектрометрический анализ нейтральных распыленных частиц
- •4.5. Количественный анализ
- •4.6. Глубинные профили концентрации элементов
- •4.6.1. Приборные факторы, влияющие на разрешение по глубине при измерении профилей концентрации
- •4.6.2. Влияние ионно-матричных эффектов на разрешение по глубине при измерении профилей концентрации
- •4.7. Применение
- •4.7.1. Исследование поверхности
- •4.7.2. Глубинные профили концентрации
- •4.7.3. Распределение частиц по поверхности, микроанализ и объемный анализ
- •5. Инфракрасная Фурье-спектрометрия
- •5.1. Принцип метода
- •5.2. Диапазон измеряемых значений толщины эпитаксиального слоя
- •5.3. Погрешность измерения
- •6. Эллипсометрия.
- •6.1.Эллипсометрический метод измерения толщины пленок.
- •7. Инфракрасная интерференция
- •7.1. Физические основы метода
- •7.2. Выбор спектрального диапазона и требования к параметрам подложки
- •7.3. Диапазон измеряемых толщин
- •7.4. Интерференция в видимой области спектра
- •7.5. Инфракрасная Фурье-спектрометрия
- •7.6. Принцип метода
- •7.7. Диапазон измеряемых значений толщины эпитаксиального слоя
- •7.8. Погрешность измерения
- •7.9. Измерение отклонения от плоскостности и контроль рельефа поверхности полупроводниковых пластин и структур
- •7.9.1. Отклонение от плоскостности и методы его измерения
- •7.9.2. Аппаратура для измерений отклонений от плоскостности
- •7.9.3. Погрешность измерения отклонения от плоскостности
- •7.9.4. Аппаратура для контроля рельефа полупроводниковых пластин и структур
- •Заключение
- •Библиографический список
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
2.5. Модификация диаграммы уровней, связанная с наличием двойных слоев и электрических полей
Рис. 2.7. Видоизмененная диаграмма
электронных уровней в металле при
наличии на поверхности двойных слоев.
Макропотенциал в кристалле отличается от макропотенциала в окружающем вакууме.
Если металл поместить в электрическое поле, то кривая потенциала во внешней области будет иметь некоторый наклон, но в остальном схема уровней на рис. 2,7 при тех небольших полях, которые обычно встречаются в эксперименте (т. е. когда эффект Шоттки мал), не изменится.
В случае же полупроводника или диэлектрика электрические силовые линии проникают в кристалл на некоторую глубину; в результате создается пространственный заряд, и зоны и внутренние уровни несколько искривляются, как показано на рис. 2.8.
Рис. 2.8. Видоизмененная диаграмма уровней
полупроводника или диэлектрика при
наличии электрического поля, когда
образуется пространственный заряд и
происходит искривление электронных
уровней.
Изменение макропотенциала в этом случае обусловлено искривлением энергетических уровней; оно приблизительно равно величине контактного потенциала при бесконечно большом удалении двух поверхностей друг от друга, т. е. составляет обычно несколько десятых электронвольта. Именно с такой ситуацией мы имеем дело при наличии контакта двух разных материалов в полупроводниковых приборах.
Если образец используется как источник электронов в методе ЭСХА, ситуация будет иной. Толщина образца обычно достаточно велика, и электроны, которые вылетают из атомов, находящихся на границе раздела между образцом и подложкой, не дают никакого вклада в электронный спектр. Следовательно, искривлением уровней на этой границе можно пренебречь. В общем случае следует, однако, учитывать искривление уровней в поверхностном слое на границе между образцом и вакуумом. Так как пластины входной щели спектрометра находятся на расстоянии около 5 мм от этой поверхности, электрическое поле, обусловленное контактной разностью потенциалов, мало и вызывает незначительное искривление уровней на границе образец – вакуум.
Бардин в 1947 г. ввел понятие поверхностных состояний. Они могут существовать в запрещенной зоне полупроводника и могут быть заполнены вплоть до уровня Ферми. В последнем случае непосредственно у поверхности полупроводника образуется слой, в котором концентрация электронов мала. Поле, созданное электронами, заполнившими поверхностные уровни, и неэкранированными положительными ионами, находящимися в области с малой концентрацией электронов, вызывает искривление уровней в этой области. По величине это искривление не больше, чем разница в энергиях между вершиной валентной зоны и уровнем Ферми. Следует заметить, что в электронной спектроскопии этому эффекту до сих пор уделялось недостаточно внимания.