Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской Академии Наук (ИПТМ РАН) Черноголовка, Московская область, Институтская улица 6, лаб. Рентгеновской оптики, Россия Тел.: +7 (49652) Факс: +7 (49652) Методы ионопучковых исследований планарных наноструктур В.К. ЕгоровЕ.В. Егоров Перспективы развития в России НБИК- технологий как основного научного направления прорыва к шестому технологическому укладу РНЦ «Курчатовский институт», октября 2010, Москва, Россия

Методические возможности ионопучковой диагностики наноструктур 1.Все методы ионопучкового анализа являются недеструктивными, позволяющими извлекать количественную информацию по распределению атомов по толщине мишени. 2.Основным методом ионопучкового анализа является метод обратного резерфордовского рассеяния потока ионов (Н + и Не + ) с энергией МэВ, который количественно описывается формулой рассеяния Резерфорда и формулами энергетических потерь Бора. Метод многоэлементный, применим для планарной диагностики со стандартным разрешением по глубине 10 нм (в спец. геометрии до 2 нм), макс. Глубина тестирования до микрометров, пределы обнаружения примесей около 0.1% ат. 3.Вспомогательные методы: РФА при ионном возбуждении, резонансные и пороговые ядерные реакции, нерезерфордовское упругое рассеяние, ионолюминесценция при ионном возбуждении, спектроскопия ядер отдачи, каналирование ионов в упорядоченных структурах. 4.Подготовка образцов не требует специальной процедуры, однако разрешение по глубине в значительной степени определяется качеством подготовки поверхности исследуемой мишени. 5.Измерения выполняются в условиях среднего вакуума ( торр). 6.Обработка полученных спектров выполняется с помощью стандартных программ подгонки теоретических модельных спектров к экспериментальным. Точность подгонки определяется точностью табличных значений энергетических потерь ионов в материалах и оказывается не лучше 1%. 7.Нормирование методов осуществляется регистрацией полного числа ионов, рассеянных исследуемой мишенью. 8.Оценка степени шероховатости осуществляется на основании сравнительного анализа дифференциальных спектров стандартной и исследуемой поверхностей.

Экспериментальный зал и размещение основного оборудования (ускоритель, вакуумный ионо-провод, распределительный магнит, экспериментальные камеры) ионо-пучкового комплекса Сокол-3 (Корпус КНГ ИФТТ, помещение Бункер) Параметры ионопучкового комплекса Сокол-3 1. Реализуемые пучки ионов: H +, D +, 4 He + 2. Энергетический диапазон: кэВ 3. Диапазон ионного тока: нА ( ион/сек) 4. Размер пятна на мишени: мм 5. Вакуум в экспериментальных камерах: (1 5) торр 6. Энергетическая стабильность пучка: % 7. Токовая стабильность: 3 5% 8. Радиационный фон: рентген/час

Размещение оборудования в камерах, ориентированных на изучение характера рассеяния ионов (а) и исследования свойств вторичных излучений (б) аб

Экспериментальные, теоретические, разностные и дифференциальные спектры РОР ионов 4 Не + (E 0 =1.5 кэВ) для мишени Nb/Si при двух детекторной схеме регистрации рассеяния а - для угла рассеяния 1 =167 б - для угла рассеяния 2 =125 Толщина пленки Nb t= нм

Спектры РОР 4 Не + и угловые сканы для эпитаксиальной мишени Si 0.8 Ge 0.2 /Si и до (I) и после (II) термоимплантации Si + E 0 =200 кэВ, D= имп/см 2, Т=230 С E 0 =1 МэВ =160 Шаг сканирования верхнего Цена канала 1.9 кэВ/каналскана 0.15, нижнего Зафиксирован угол склонения =0.13 (II) IIII Термообработка

Спектры РОР 4 Не + (E 0 =1.5 МэВ) для многослойной структуры Al 2 O 3 /Al/SiO 2 /Si до и после термообработки диаграмма вариации толщины пленки Al в результате термообработки а. Теоретический ( ) и экспериментальный ( ) 1. Толщина Al пленки до термообработки. (D 1 =300 нм) спектры РОР 4 Не + до термообработки.2. Толщина Al пленки после термообработки. б. Сравнение экспериментальных спектров до и (D 2 =284 нм) после термообработки. 3. Величина усадки. ( D=16 нм) =160, цена канала 1.9 кэВ/канал. Пунктиром показана погрешность опред. ( D=1.5 нм)

Геометрия измерений для регистрации спектров РОР и ядер отдачи (а). Внизу приведены спектры мишени Si 29 N 43 H 28, в которую имплантированы атомы галлия. Майларовая пленка перед детектором толщиной 6 мкм обозначена символом М

Спектр выхода оптической люминесценции кристалла PbWO 4, возбужденного пучком протонов с энергией Е=0.9 МэВ при токе пучка I=10 нА. Время регистрации =720 сек. Диаметр пучка =0.8 мм Экспериментально полученная кривая зависимости выхода оптической люминесценции наиболее интенсивной компоненты спектра от времени облучения пучком ионов водорода (Е 0 =0.9 МэВ). На вставке та же зависимость в логарифмическом масштабе. Время 1 обозначает зону однократного возбуждения комплекса WO 4 -2