硅基衬底中二次离子（簇）形成及能量分布的研究

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1、y771877袒旦大擎学校代码t[0246学号·■艄嘲硕士学位论文硅基衬底中二次离子(簇)形成及能量分布的研究奠系(所)t材瓣科学系专业。材料物理与化学姓名；王铮蠢-11,羹并l¨王家楫教授完成日期。200俾5月9日硅基衬底中二次离子(簇)形成及能量分布的研究ABSTRACTInthisarticle．weanalyzetheannealedSOIsample、vimSecondaryIonMassSpectrometryCAMECA一6fwithitsfunctionsofDepthProfileandEnergyDistributi

2、ontoinvestigatethesputteringprocessandtheenergydistributionofthesecondaryionandioncluster．Anotherresearchisfocusedontherelationshipamongtheprimaryionbeamenergy，theyieldandtheinitialkineticenergyofthesputteredions．Onthebaseofthatresearch，thearticleextractsthedeductionofth

3、esecondaryionsandionclusters’energydistributionwiththeprimaryionbeamenergy．TheresearchesinthisarticlearehetpfuttoimprovethetesttechniqueofSecondaryIonMassSpectrometry．Keywords：SecondaryIonMassSpectrometry、ionclusterformationandemission、energydistributionofthesecondaryion

4、sandionclusters、totalsputteryield摘要本文对退火SOI样品进行二次离子质谱深度分析和能量分析，揭示了硅和二氧化硅中离子(簇)的形成发射过程以及能量分布机理，并且在研究入射束能量与总粒子溅射产额、出射粒子初始动能关系的基础上，总结出了二次离子(簇)能量分布随入射束能量改变的演变规律。本文的研究有助于改进二次离子质谱的分析技术。关键词：二次离子质谱、离子簇形成和发射、二次离子(簇)能量分布、总粒子溅射产额硅基衬底中二次离子(簇)形成及能量分布的研究第一章引言二次离予质谱是一种用于分折固体材料表面组分和杂质的分

5、析手段，具有很高的元素检测灵敏度以及表面和纵深两个方向上的空间分辨本领，在微电子、催化、新材料等研究领域有很广泛的应用。但是由于样品表面二次离子发射机理的复杂，谱图的解释还是具有一定的不确定性．单一的谱图往往只能反映一个统计的或综合的现象，无法揭示更为深层的本质。比如，在用二次离子质谱对退火SOl样品进行深度剖析时，发现单个硅离子、氧离子及硅氧离子在氧化层中的产额比在硅层中的高，惟独硅硅离子簇是相反的。这一特别的现象为研究硅基衬底中离子簇的形成提供了一个切入口。按一般的解释，由于氧化层中氧的大量存在，正的单离子产额被大大地提高了：其次，

6、由于氧化层中硅原子间距比硅层中的大，导致了离子簇直接从样品表面发射的困难，因此离子簇计数在氧化层中下降。但是，本文在二次离子质谱仪上对这些单离子和离子簇做进一步的能量分布分析后．发现离子簇的发射机理在硅层和氧化层中是有所差别的。由于二次离子质谱仪的分析是建立在样品二次离子(簇)形成和发射的基础上的，因此，尽可能地理清检测到的离子信号，并在此基础上改进测试方法，无论对于样品的研究还是分析测试技术的提高都意义重大。二次离子发射的物理过程包括溅射和电离，向来是一个很复杂的问题，为此而建立的物理模型也很多，这些模型基于不同的假设，并经受着各种实

7、验的验证和修改。在众多的模型中，比较成熟的有原子-表面电子共振隧穿模型(atom．surfaceresonantelectrontunnelingmodel)⋯、化学键断裂模型(bondbreakingmodel)12l、动力学模型(KineticModel)【3J、自电离模型(AutoionizationModel)【4】、表面效应模型(SurfaceEffectModel)【5J、绝热表面电离模型(AdiabaticSurfaceIonization)t6I、Gries模型(GriesModel)t7～1、局部热平衡模型(LTEMo

8、del)等180l。在这些模型中．有些基本假设如西格蒙德(Sigmund)溅射理论和Schroeer的表面电离理论具有很坚实的实验支撑并被广为接受。尽管有上述的物理模型被建立起来，人们对整个二次离子发射过程