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1、俄歇电子能谱及其在半导体中的应用刘江禄。其它材料科学领域中一引言二原理及物理基础俄歇电子能谱(AES)是通过测定由电子束激发产生的俄歇电子的特征能量进关于俄歇电子能谱的原理及物理基础,行元素分析的一种固体表面薄层分析技已有许多专著和报道这里仅从使用的角。,。。术近年来发展非常迅速它可以进行度作一简要介绍、固体表面元素的点分析线分析和二维分1.俄歇效应及俄歇电子的能l,1’1,布的分析如果配以离子腐蚀装置还可以如图所示当固体样品原子受到。,进行元素的三维分布分析由于它充分利具有一定能量的电子束或X射线轰击时,,,用了固体表面激发出的各种可测信息除原
2、子内层例如K层的电子被激发于是,、、俄歇电子外尚有反射电子二次电子。产生一个空位其外层L层上处于高能的吸,收电流等不仅能用俄歇电子能谱进行电子为了达到稳定状态便落入K层填补空,成份分析还可以利用这些信息电子观察,,同时放出两位产生跃迁个能级差的能,。:样品表面形貌和成份分布关系并可任意量这时将有两种可能的过程发生其。,选择分析点对某些半导体样品还可进,X射线,,L层的另一一放出特征其二行样品内部电动势及表面电位分布的测量电子由于吸收了两个能级差的能量向真空。,和图象观测目前作为一种相对非破坏,。中放出这就是俄歇效应性,、(三维分析除外)的表面分析
3、技术已发生在KL层的俄歇过程叫KLL、、、广泛地应用于金属催化剂半导体大、、规模集成电路表面物理表面化学以及本文编辑部于1980年8月收到.护、.尸、护,.产、口.、产、.护、.尸、护,.产、口.、产、沪自、声.、“月、护自、护.、尹,、沪.、曰,、曰户%`尸。,护产.kesles/产、,JlesnJ.四机部定型鉴定产品供不应求受到了d只」`人、IEEETransaetions,VolED一,.2,使用单位的鼓励也给我们提出了新的要5恤162(1978)。山东半导体技术,19了9,恤求今后我们将在提高产品的精度和速度3.,Solstatseeee
4、rnes,o等方面迅速开展工作尽快使数模转换器id一liVl14,,。哑7811一826(1971)产品系统列化满足四化的需要国外电子技术,197T,恤〔6〕6参考文献〔7〕Solid一stateeleetranies,Vol.21,,813819(1978).沁6产、产、、土八乙,夕户、les.,,(翻译:一齐藤正男多田邦雄)沪esJùU、夕JlI,.,lUQSolidstateeleetroniesVol20“”一集积回路。设计,689(1977)“滩8复旦大学物理系集成运放电路的版“.”天津半导体技术1978场2图设计与工艺一,。,:跃迁其
5、电子叫KLL俄歇电子同样的关系当入射电r能虽约为离化能的3、,、、,。,LM层MN层等的LMMMNN也倍左右时有一极大值然后随入射能。具有相同的含义量增大而减小。这一关系就是AES技术中。选择入射电子能量的理论依据(2)俄歇电子的发射几率俄歇电子的发射几率心与X射线的发口::叭射几率。有如下关系通+。义二12。一4x“,:…〕其中。由下式给出。尤二(+a一4一1251Z)一:a=l.zZXlo6;对这里对K层电子,,!:a二6.4X7。。L层电子10Z是原子序妙么特征久射线俄歇好2“」,渺图是KLL跃迁时俄歇电子产生图IK电子的激发过程几率和特征
6、X射线产生几率与原子序的关。系,:.俄歇电子的能量E由下式给出.10广丈es一-~一二井钾勺。=:一乙一,:一EEEE功2一1、、:、这里EE分别是KL能级的电藏,,E,:二:十,离能功是表面势(Z)E(Z1)续声Z是原子,E飞(Z)等于Z十1原子的序L能针,丹级电离能是计入了失去一个电子后的原.扭百.直吕`叮山自.。心、A呀防ha子核势场对俄歇跃迁的作用上式右边各,因此可项仅与原子本身的结构性质有关以利用测得的俄歇电子能量进行不同元素。DZ心和`o万o,0的分析z.原于序2离化截面和俄歇电子发射几率一(1)离化截面图ZLK跃迁中X射线发射几率
7、和俄歇电子发射几率与原子序的关系俄歇跃迁的原子内层离化截面值可以,下面是Worthingn:X射线电子探针相反,从理论上算出ot和由图可见与onl“,:。Tmil给出的离化截面表示式AES对轻元素是敏感的a二“e名o。。:.(2/EE)bl(4E/B)2一23入射电子和固体原子的相互作用e:电子电;E尸:其中荷入射电子能当具有一定能量的电子轰击固体表面;E。:;,、量该壳层的离化能b是随能级而后即与固体原子的原子核内层电子和不同的值:0.35;L能级,对K能级大约为价电子产生作用使入射电子不断改变其约为0.25。前进方向,同时,伴随着能量的损失和
8、传=.65.,。,B〔1+235递结果固体原子内层发生离化其中。一,e。以P(1E/E)〕E2一3能量大于表面势的电子便从固体内逸出,a
