1.3. Применение процессов взаимодействия электронов с поверхностью твердых тел.

1.3.1. Термическая обработка материалов.

Это процессы нагрева, плавления, испарения поверхностей, а также процессы образования плазмы из материала поверхности. Глубина термообработки зависит от Е₀, теплофизических свойств материала, плотности мощности, времени воздействия электронного потока и может составлять от долей мкм до единиц мм.

Примеры термической обработки.

• легирование полупроводников и получение твердых растворов.

Проводится путем локального нагрева нанесенной на поверхность пленки. Атомы пленки диффундируют с поверхности расплава и захватываются твердой фазой при ее кристаллизации.

• отжиг кристаллических поверхностей.

Это уменьшение количества дефектов (в первую очередь точечных) после ионной имплантации.

• структурные превращения в материалах.

Это нагрев поверхностей с целью изменения механических и химических ее свойств (закалка режущего инструмента для увеличения микротвердости и химической стойкости).

• вакуумный переплав.

Процесс используется для получения особо чистых твердых материалов, повышения их химической активности и термической стойкости.

• вакуумная плавка.

Используется при выращивании монокристаллов кремния методом Чохральского.

• восстановление металлических поверхностей.

Используется для раскисления металлических поверхностей. Процесс сводится к нагреву электронным лучом поверхности в среде углеродсодержащего газа

сварка.

Изменяя параметры процесса, можно получить различные соотношения глубины и ширины сварного шва.

• размерная обработка.

Это резка, образование отверстий и канавок различных контуров, подгонка толщины пленочных покрытий (резисторы пленочных ИС), обработка алмазов, кварца, керамики, кристаллического Si и Ge, изготовление дифракционных решеток.

• нанесение пленочных покрытий.

Проводится путем электронно-лучевого испарения материалов в вакууме и осаждения паров на подложки.

• образование микроплазмы из материала поверхности.

Проводится с целью изучения химического состава материала поверхности методом эмиссионной оптической спектроскопии, а также для получения световых потоков коротковолнового диапазона.

1.3.2. Радиационно-химические превращения.

• электронолитография.

Это процессы создания масок из полимерных органических материалов для локальной обработки поверхностей (травление, легирование, окисление, нанесение пленок) путем воздействия электронов на них. Электронолитография обладает рядом преимуществ перед оптической, а именно возможность получения элементов маски размером до 0,05 мкм, отсутствие шаблонов для экспонирования полимерных пленок.

• разложение металлоорганических соединений.

Процесс используется для получения поликристаллических пленок металлов и соединений GaAs и InP.

• стимуляция процессов травления и очистки поверхностей.

В этих случаях под воздействием электронного потока происходит диссоциация адсорбированных на поверхности молекул травящего газа и в результате увеличивается скорость химических реакций, приводящих к травлению поверхностей.

1.3.3. Генерация и преобразование электромагнитного излучения.

Типичный пример использования электронных потоков с этой целью – рентгеновские трубки, в которых генерируется характеристическое рентгеновское и тормозное излучение при энергии падающего электронного потока от десятков до сотен кэВ. Типичный пример преобразования энергии электронного луча в электромагнитное излучение – телевизионные кинескопы и дисплеи.

1.3.4. Анализ поверхности и тонких пленок.

а). Электронная Оже – спектроскопия.

Этот метод анализа основан на регистрации энергии и интенсивности (электронного тока) Оже – пиков, что позволяет определить атомы химического элемента приповерхностного слоя и их концентрацию соответственно. Основные характеристики метода:

б) Растровая электронная микроспектроскопия (РЭМ).

Метод основан на регистрации энергетического и пространственного распределения либо вторичных, либо упругоотраженных первичных электронов при сканировании поверхности сфокусированным электронным лучом.

в) Просвечивающая электронная микроскопия ПЭМ).

Метод основан на регистрации дифракционной картины прошедших через тонкие пленки (0,02 – 10 мкм) первичных электронов и их энергетического спектра. Используется для анализа структуры (тип решетки, дислокации, зернистость), фазового состава и наличия химических соединений.

г) Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА).

Метод основан на регистрации интенсивности и длины волны линий характеристического рентгеновского излучения. Позволяет определить химический состав поверхности, структуру, типы химических связей.