Определение толщины и пористости пленок и покрытий на различных подложках с использованием рентгеновского излучения: Учебно-методическое пособие

Ф Е Д Е Р АЛ Ь Н О Е АГ Е Н Т С Т В О П О О Б Р АЗО В АН И Ю В О Р О Н Е Ж С К И Й Г О С У Д АР С Т В Е Н Н Ы Й У Н И В Е Р С И Т Е Т

О П РЕ Д Е Л Е Н И Е Т О Л ЩИ Н Ы И П О РИ С ТО С Т И П Л Е Н О К И П О К Р Ы Т И Й Н А Р АЗЛ И ЧН Ы Х П О Д Л О Ж К АХ С И С П О Л Ь ЗО В АН И Е М Р Е Н Т Г Е Н О В С К О Г О И ЗЛ У ЧЕ Н И Я У ч ебно-м етодич ес к ое п ос обие п ос п ециальнос т и «М ик роэ лек т роник а и п олуп роводник овы е п риборы »014100 (010803)

ВОРОНЕ Ж 2005

2

У твержденонауч но-м етодич ес к им с овет ом физич ес к огофак ульт ета (8 ап реля 2005 г., п рот ок ол № 8)

Сос тавит ели:

доц. Кашк аров В.М . п роф. Дом ашевс к ая Э.П.

У ч ебно-м ет одич ес к ое п ос обие п одготовлено на к афедре физик и т вердого т ела физич ес к огофак ультета Воронежс к огогос ударс т венногоуниверс итета. Рек ом ендуетс я для с тудентов III к урс а с п ециальнос т и 0141100 (010803) – «М ик роэ лек троник а и п олуп роводник овы е п риборы »(дневное от деление)

3

Р АБ О Т А 1: «И зм ерениетолщ ины пленок и покрытий м етодом рентг енов с кой абс орбционной и эм ис с ионной с пектрос копии» + О с нов ы рентг енов с кой абс орбциом етрии Е с ли облуч ат ь ис с ледуем ы й образец п уч к ом рентгеновс к их луч ей , то п ри их рас п рос транении в вещ ес т ве в нап равлении ос и z рентгеновс к ое излуч ение будет ос лаблят ьс я вс ледс т вие п оглощ ения, в с оот ветс т вии с зак оном Б угера:

I z = I0 e − µ d ,

(1)

где Iz – инт енс ивнос т ь излуч ения, п рошедшего ч ерезс лой вещ ес т ва т олщ иной d, I0 – интенс ивнос т ь излуч ения, п адаю щ его на образец, µ - линей ны й к оэ ффициент п оглощ ения. Однак о в рент геновс к ой с п ек трос к оп ии ч ащ е п ользую тс я м ас с овы м к оэ ффициент ом п оглощ ения, µm = µ/ρ, где ρ - п лотнос т ь вещ ес т ва, а µm п редс т авляет с обой п оглощ ение излуч ения с еч ением 1 с м 2, вещ ес т вом м ас с ой 1 г. Т огда форм улу (1) м ожноп ереп ис ат ь в виде:

I m = I 0 e− µ m ρ d ,

(1′)

Вообщ е говоря, м ас с овы й к оэ ффициент п оглощ ения с к лады ваетс я издвух с лагаем ы х , п редс тавляю щ их с обой ис т инное п оглощ ение τ, и рас с еяние σ, т о ес т ь µm = τm + σm, п рич ем в облас ти дос тат оч но жес тк ого излуч ения, ис п ользуем ого в рент генос п ек т ральном флуорес цент ном анализе, обы ч но σ << τ. Здес ь τm – ис т инны й к оэ ффициент п оглощ ения, а σ – к оэ ффициент рас с еяния. И з форм улы (1’) с ледует , ч то м ас с овы й к оэ ффициент ос лабления излуч ения µm изм еряетс я в с м 2/г. Коэ ффициент ис т инного п оглощ ения бы с т ро возрас тает с увелич ением длины волны и ат ом ного ном ера п оглот ителя. Поэ т ом у в облас ти м алы х длин волн ос новную роль играет рас с еяние рент геновс к их луч ей , а в облас т и относ ит ельно больших длин волн (более 1 Å ) п оглощ ение п ревос х одит рас с еяние на 2 – 4 п орядк а п овелич ине. А том ны й м ас с овы й к оэ ффициент п оглощ ения м ожно рас с м ат риват ь к ак с ум м у п арциальны х к оэ ффициент ов ис т инного п оглощ ения τmq для от дельны х q-х уровней ат ом а, а им енно[1]:

τ a = ∑ τ qm , q

(2)

4

П рим енениерентг енов с кой абс орбциом етрии для изм ерения толщ ины покрытий С п роблем ой изм ерения толщ ины разного рода п ок ры тий п рих одитс я вес ьм а ч ас т ос талк иват ьс я в с ам ы х разны х облас т ях п рак т ич ес к ой деятельнос т и – в тех нологии т онк их п ленок , п ри п роведении э к с п ерт ны х анализов, в оп т ик е и лак ок рас оч ном п роизводс т ве. Сущ ес твует м ного м ет одов оп ределения т олщ ины п ленок – от оп тич ес к их (э ллип с ом ет рия или интерфером ет рия) до м ех анич ес к их . Однак о оп тич ес к ие м ет оды п ригодны для оп ределения т олщ ины х отя бы ч ас т ич но п розрач ны х п ок ры т ий . М ех анич ес к ие м ет оды п рим еняю т с я лишь п ри дос т ат оч нобольшой толщ ине п ленок . Пос леднее врем я в с вязи с развит ием п олуп роводник овой э лек т роник и, к огда разм еры э лем ент ов нах одят с я в с убм ик ронной и наном ет ровой облас т и, возник ла п роблем а форм ирования к онт ак т ов к э т им п риборам , вы п олненны м на ос нове м ет аллич ес к их п ленок , п рич ем э ти п ленк и должны им еть оч ень м алую толщ ину (1 – 0.1 м к м ). Сущ ес т вую щ ие м етоды к онт роля т олщ ины м еталлич ес к их п ленок не м огут обес п еч ит ь дос т ат оч но вы с ок ой точ нос т и изм ерений . В с вязи с э т им м ет од оп ределения т олщ ины п ленок п ос редс т вом изм ерения рентгеновс к ого п оглощ ения п риобрет ает большое знач ение. Б олее т ого, э т от м етод, п о-видим ом у, являетс я одним изнем ногих , к от оры й являетс я т ех нологич ны м , не требует п рим енения с ложной ап п арат уры и обес п еч ивает вы с ок ую т оч нос т ь изм ерений . Оп ределение т олщ ины п ок ры тий п о изм ерению рентгеновс к ого п оглощ ения линии возм ожно в двух разны х вариантах . Рас с м отрим внач але с ам ы й п рос т ой м ет од возбуждения излуч ения в п одложк е. В э т ом м ет оде п адаю щ ий на п оверх нос т ь п ок ры тия п уч ок т орм озного (п олих ром атич ес к ого) излуч ения возбуждает линии х арак т ерис тич ес к ого с п ек тра п одложк и (в к ач ес т ве к оторой м ожет ис п ользоват ьс я либо оп ределенны й ч ис т ы й э лем ент, либо х им ич ес к ое с оединение с оп ределенны м с ос т авом . В к ач ес т ве изм еряем ого п арам ет ра ис п ользует с я инт енс ивнос т ь линии х арак т ерис т ич ес к ого излуч ения от п одложк и. Первич ное излуч ение на п ути к п одложк е п оглощ ает с я в м ат ериале п ок ры тия. Возбуждаем ое э тим излуч ением вт орич ное флуорес центное излуч ение т ак же п оглощ ает с я в п ок ры тии. В результате, интенс ивнос ть х арак терис тич ес к ого излуч ения п одложк и оп ис ы вает с я с ледую щ им с оот ношением [2]:

C − Mρ d  I 2Ai = k ′ A ⋅  1 − e ,  M 

(3)

где k’ – э т о п ос т оянная п рибора, СА – к онцент рация э лем ент а А в п одложк е (ес ли ис п ользует с я ч ис ты й э лем ент А , то С А = 1), I 2Ai - интенс ивнос т ь линии µ1 µ х арак т ерис тич ес к ого излуч ения э лем ент а А , а велич ина M равна + i , sin ϕ sin ψ

5

где µ1 и µi – э т о к оэ ффициенты п оглощ ения п ервич ного и вт орич ного х арак т ерис тич ес к ого излуч ения, а ϕ и ψ - э то углы вх ода и вы х ода рент геновс к ого излуч ения в п одложк у, на к оторую нанес ено п ок ры тие. Коэ ффициент ы в п ок азат еле э к с п онент ы ρ и d - э т о п лотнос т ь м атериала п ок ры тия и его толщ ина. Сх ем а п рох ождения рентгеновс к ого излуч ения ч ерез п ок ры тие п ок азана на Рис унк е 1. 3

4

ϕ

ψ

1

2

ϕ

ψ

Рис унок 1. Сх ем а п рох ождения рент геновс к огоизлуч ения ч ерезп ок ры тие. ϕ - угол п адения излуч ения, ψ - угол вы х ода излуч ения, 1 – п ок ры т ие, 2 – п одложк а, 3 – п оток п ервич ногоизлуч ения, 4 – п оток вт орич ногох арак т ерис т ич ес к огоизлуч ения. Пос к ольк у углы вх ода и вы х ода излуч ения жес т к о заданы к онс трук цией п рибора и п редп олагаю тс я извес тны м и, то, изм ерив инт енс ивнос ть излуч ения от п одложк и п ри ус ловии, ч т оизвес т ны к оэ ффициент ы п оглощ ения п ервич ного излуч ения и х арак терис т ич ес к ого излуч ения м ат ериала п одложк и, м ожно оп ределит ь т олщ ину м еталлич ес к ого п ок ры т ия. При э том , однак о, нужно п ом нит ь о т ом , ч т о п лот нос т ь м ат ериала п ок ры т ия обы ч но на 10-30% м еньше п лот нос т и с оот ветс т вую щ его объем ного м атериала. Кром е т ого, нужно бы т ь абс олю т но уверенны м в том , ч т о п ок ры тие на п одложк е с п лошное, не им еет с к возны х от верс т ий и однородно п о толщ ине. В п рот ивном с луч ае результаты изм ерений м огут зам ет ноис к ажатьс я. Вообщ е говоря, ис п ользоват ь вы шеп риведенную м ет одик у удобнее в т ом с луч ае, ес ли в к ач ес т ве п ервич ного излуч ения ис п ользоват ь м онох ром атич ес к ое излуч ение. В э том с луч ае м ож но даже теорет ич ес к и оп ределит ь к оэ ффициент п оглощ ения п ервич ного излуч ения и, так им образом , с равнит ь результаты изм ерений , п олуч енны е э к с п ерим ент ально и с п ом ощ ью т еорет ич ес к их рас ч ет ов п о форм уле (3), к от орая в э том с луч ае п реобразует с я к вы ражению вида: I   µ µ  ln  0A  =  1 + i  ρ d , (4) sin ϕ sin ψ I    2i 

6

где I0 – инт енс ивнос т ь п ервич ного излуч ения. В к ач ес т ве I0 берет с я инт енс ивнос т ь излуч ения от п одложк и в от с ут с т вие на ней п ок ры т ия. Ф орм ула (4) надеж но работ ает лишь п ри от нос ит ельно небольших т олщ инах м ет аллич ес к их п ок ры т ий . Т оч нос т ь вы ч ис лений т олщ ины п ок ры т ия знач ит ельно возрас т ает п ри п рим енении м онох ром ат ич ес к ого п ервич ного излуч ения. Разум еет с я, облас т ь т олщ ин, к от орую м ож но ис с ледоват ь с п ом ощ ью данного м етода, завис ит от к оэ ффициента п оглощ ения п ервич ного и вторич ного излуч ений . Чем больше э ти к оэ ффициенты , тем уже диап азон знач ений изм ерения т олщ ины . Для п ерех одны х м еталлов э т а велич ина равна от 0 до20-30 м к м . Сущ ес т вует и вторая разновиднос т ь данного м ет ода, к от орая так же относ ит с я к оп ределению интенс ивнос т и линии х арак т ерис т ич ес к ого излуч ения, возбуждаем огов с ам ом п ок ры тии, в завис им ос ти от толщ ины э т ого п ок ры тия. Дей с твительно, извес тно, ч то интенс ивнос т ь х арак терис тич ес к ой линии рент геновс к ого излуч ения, возбуждаем ого в т онк ом с лое, п роп орциональна т олщ ине э тогос лоя, а им енно[3]:

I 2Ai = kC A ρ d ,

(5)

где I 2Ai - инт енс ивнос т ь линии х арак терис т ич ес к огоизлуч ения э лем ента А , СА – к онцентрация э лем ент а А в п одложк е (ес ли ис п ользует с я ч ис т ы й э лем ент А , т о СА = 1), ρ - п лот нос ть м ат ериала п ок ры т ия, d – т олщ ина п ок ры тия. Оч евидно, ес ли с лой п ок ры т ия будет оч ень т онк им , то инт енс ивнос т ь излуч ения будет оч ень низк ой и ее будет трудно изм ерят ь. По дос т ижении нек от орой оп ределенной толщ ины п ок ры т ия интенс ивнос т ь линии дос т игает нас ы щ ения и п ерес т ает завис ет ь от т олщ ины (п ри d = d∝). И з форм улы (5) с ледует , ч то п ри d → 0 интенс ивнос т ь линии излуч ения т ак же с т рем ит с я к нулю . Поэ т ом у п ри оп ределении толщ ины п ок ры т ия данны м м етодом дос таточ но изм ерит ь т олщ ину т ольк о одного п ок ры т ия к ак им -либо к ос венны м м етодом , п ос ле ч его ис п ользоват ь данны й образец в к ач ес т ве э талонного для оп ределения интенс ивнос ти. Пос ле э того м ожно легк о п ос т роит ь градуировоч ны й график и ис п ользоват ь его для оп ределения т олщ ины п ок ры т ий . Но и в э т ом с луч ае с ледует п ом нит ь о том , ч то п лот нос т ь м атериала п ок ры т ия м ожет отлич ат ьс я от п лот нос ти объем ного м ат ериала, а т ак же о т ом , ч то п ок ры тие должно бы т ь с п лошны м и не с одержат ь с к возны х отверс тий . М етодичес киеуказания 1. И зуч ите ус т рой с т во и п ринцип работ ы рентгеновс к ого флуорес цент ного с п ек т ром ет ра.

7

2. Получ ит е у п реп одавателя п ленк у м ет алла, нап ы ленную на п оверх нос т ь к рем ния или арс енида галлия. Под м ик рос к оп ом п роверьте целос т нос т ь п ленк и, убедит ес ь в отс утс твии на п ленк е с к возны х п рок олов и царап ин. 3. Проведит е изм ерение интенс ивнос ти х арак т ерис т ич ес к ого излуч ения от м ат ериала п одлож к и и оп ределите т олщ ину м ет аллич ес к ого п ок ры т ия п о форм уле (4). Е с ли изм ерения инт енс ивнос т и п роводят с я для м ат ериала п ок ры т ия, п роизведит е изм ерения инт енс ивнос т и, а зат ем вос п ользуй т ес ь градуировоч ны м график ом . У к азание: для рас ч ет ов вос п ользуй тес ь т ем п редп оложением , ч т о п лот нос т ь м ат ериала п ленк и п рим ерно на 15-20 % ниже п лот нос ти объем ного м ат ериала. 4. Оценит е п огрешнос ти изм ерений толщ ины п ок ры тия. К онтроль ныев опрос ы 1. Как завис ит интенс ивнос т ь х арак т ерис тич ес к ого излуч ения от толщ ины излуч ателя? 2. Чтот ак ое т олщ ина нас ы щ енногос лоя? Как рас с ч итат ь э т у велич ину? 3. Как ова разм ернос т ь м ас с ового к оэ ффициента п оглощ ения рентгеновс к ого излуч ения? 4. Поч ем у оп тич ес к ие м етоды изм ерения толщ ины неп ригодны для оп ределения т олщ ины м еталлич ес к их п ок ры тий ? 5. М ет од изм ерения т олщ ины п ок ры т ия п о п оглощ ению излуч ения от п одложк и. 6. И зм ерение толщ ины п ок ры т ия п о велич ине с игнала от э лем ента, вх одящ его в с ос т ав п ок ры т ия. 7. От к ак их п арам ет ров завис ит п огрешнос ть изм ерения т олщ ины п ок ры т ия? Л итература [1] Б лох инМ .А . Ф изик а рент геновс к их луч ей / М .А . Б лох ин- М . ГИ З т ех ник от еорет ич ес к ой лит ерат уры , 1958.- 455 с . [2] Л ибх авс к и Х .А . Прим енение п оглощ ения и п роп ус к ания рентгеновс к их луч ей / Х .А .Л ибх авс к и, Г.Г.Пфей фер, Э.Г.У инс лоу, П.Д.Зем ани – М : «М еталлургия», 1964.- Гл. 6, С. 158-172. [3] Л ос ев Н.Ф . Колич ес т венны й рентгенос п ек т ральны й флуорес цент ны й анализ/ Н.Ф . Л ос ев.- М .: «Наук а», 1969.- 336 с .

8

Р АБ О Т А 2: «О пределениес тепени порис тос ти в порис том м атериале (порис том крем нии) рентг енов с ким м етодом » Т еория изм ерений В нас т оящ ее врем я вес ьм а инт енс ивно развивает с я физик а фрак т альны х низк оразм ерны х с т рук т ур. Порис т ы е низк оразм ерны е с трук т уры широк о ис п ользую т с я в п роизводс тве с орбент ов, к атализат оров, в к ач ес т ве нос ит елей м агнит ны х с трук т ур для нос ителей информ ации. Пос ле того к ак Канх э м от к ры л фотолю м инес ценцию в п орис том к рем нии (ПК) в видим ой облас т и [1], п ос т оянно рас тет ч ис ло физич ес к их и х им ич ес к их с п ос обов п ревращ ения Si в э ффек тивны й излуч ат ель с вет а, х от я ос новны м ос т ает с я м етод анодного т равления к рем ния. Однак о с трук т ура и м орфология п оверх нос ти ПК изуч ена недос т ат оч но и, к ром е т ого, э т и п арам ет ры с ущ ес т венно завис ят от режим ов п олуч ения п орис того к рем ния. Одной из важней ших х арак т ерис т ик ПК являет с я знач ение п орис т ос т и P, к от орая оп ределяет с п ек тр фот олою м инес ценции, к оэ ффициент с орбции п орис т ого с лоя, рас с еяние с вет а м ат ериалом . Порис т ос т ь п ок азы вает от ношение объем а п ор в с лое оп ределенной т олщ ины к объем у с ам ого э т ого с лоя P = Vп ор/Vс лоя. В ч ас т нос т и, извес тно, ч то п ри п орис т ос ти м енее 55 % не удает с я п олуч ит ь видим огос веч ения ПК. И с п ользуем ы е в нас т оящ ее врем я м етоды жидк ос т ной п ором етрии им ею т с ущ ес т венны е недос т ат к и, т ак ие к ак загрязнение образцов п ри изм ерении, необх одим ос ть знач ительны х зат рат врем ени, а так же п олуч ение информ ации лишь об отк ры т ы х п орах . В то же врем я в п роцес с е рос т а п орис т ого к рем ния возм ожно образование и зак ры ты х п ор, к от оры е зак ры ваю т с я п ри п ереос аждении нанок рис таллов к рем ния израс т вора в п роцес с е т равления [2]. Ок азы вает с я, для оп ределения п орис тос ти к рем ния м ожно ис п ользоват ь м етод, ос нованны й на п оглощ ении рентгеновс к их луч ей , к оторы й п озволяет избежать недос тат к ов жидк ос т ной п ором етрии и зам етно п овы с ит ь т оч нос т ь оп ределения п орис тос т и. М етод изм ерения ос нован на оп ределении п лотнос т и вещ ес тва рент геновс к им м ет одом . Плотнос т ь п орис т ого к рем ния PpSi оп ределялас ь из изм еряем ой э к с п ерим ент ально п лот нос ти ρpSi с оответ с т венно, п ри извес тной п лот нос т и м онок рис таллич ес к ого к рем ния ρSi. Т огда п орис тос т ь м ожет бы т ь оп ределена п оформ уле:

PpSi , (%) =

ρ Si − ρ pSi ρ Si

⋅ 100% ,

Знач ения ρpSi оп ределяю т с я п о п оглощ ению п рох ождении ч ерезс лой вещ ес т ва толщ иной d:

рент геновс к их

(1) луч ей

п ри

9

ρ pSi =

ln( I 0 / I ) , ( µ / ρ ) Si ( d / cosϕ )

(2)

где I0 и I – интенс ивнос т и п адаю щ егои п рошедшегоизлуч ения рентгеновс к ого излуч ения (в им п /с ), (µ/ρ)Si = µm (Si) (с м 2/г) – м ас с овы й к оэ ффициент п оглощ ения излуч ения вещ ес т вом с п лотнос т ью ρSi (= 2.33 г/с м 3), ϕ - угол м ежду норм алью к п оверх нос т и образца и п адаю щ им п уч к ом рентгеновс к ого излуч ения. Пос к ольк у изм ерения п орис тос ти п роводят с я для п орис того к рем ния на п одложк е м онок рис таллич ес к ого Si, для рас ч етов п орис тос ти необх одим о знание т олщ ины п орис т ого с лоя dpSi. Для э того необх одим о знат ь с к орос т ь вы т равливания п орис т ого с лоя (к от орая в с реднем , с ос тавляет от 0.01 до 10 м к м /с , в завис им ос т и от ус ловий п олуч ения ПК). Однак о толщ ину п орис т ого с лоя м ожно изм ерит ь неп ос редс твенно в э к с п ерим енте. Для э того в п орис т ом с лое вы травливаетс я ок но небольших разм еров (т равление п роизводит с я в разбавленном рас т воре KOH). И зм ерение толщ ины ПК м ожно п роизводит ь и оп тич ес к им м ет одом . Однак о п од п орис т ы м с лоем , к ак п равило, с ущ ес т вует с лой нарушенного к рем ния с шерох оват ой п оверх нос т ью . Вс ледс т вие налич ия шерох оват ос т и оп ределение т олщ ины п орис т ого с лоя dpSi = d1 – d2 удобнее п роизводить рентгеновс к им м ет одом . Сх ем а изм ерений п риведена на Рис . 2. И зм ерение инт енс ивнос т ей I1 и I2 , в с оответ с т вии с уравнением (2), п озволяю т оп ределит ь знач ения d1 и d2, а знач ит, и толщ ину п орис т ого с лоя dpSi. Зат ем , изм ерив I3, м ожно най т и знач ение п лотнос т и ρpSi, с оглас но уравнению (2), а зат ем и п орис тос т ь с лоя ПК, с оглас но уравнению (1). Необх одим ы е знач ения ρSi и µmSi, равны е 2.33 г/с м 3 и 60.3 с м 2/г, с оответс т венно, м ожно взят ь из с п равоч ник а [3]. У гол ϕ п рих одит с я брат ь небольшим , п орядк а 5°, воизбежание ис к ажений интенс ивнос т и I3, вс ледс т вие м алоуглового рас с еяния излуч ения на неровнос тях нарушенногос лоя в к рис таллич ес к ом к рем нии п од с лоем ПК. Для э тогообразец п орис т огоSi рас п олагаю т к ак м ожноближе к ок ну рентгеновс к ой т рубк и. Кром е т ого, изм ерения п орис тос ти рек ом ендуетс я п роводит ь с разу же п ос ле п олуч ения с лоев ПК. На э т от фак т с ледует обращ ат ь ос обое вним ание, п ос к ольк у п оверх нос т ь п орис тогок рем ния с ильноразвита (до600 м 2 на объем в 1 с м 3 п орис т огос лоя). Эт о п риводит к интенс ивном у ок ис лению п оверх нос т и п ор и с орбции водяны х п аров, водорода и азота изат м ос ферноговоздух а. Ос обеннозам ет ны изм енение с ос т ава и зап олнения п орис т ого с лоя в п ервы е 10 недель х ранения п орис т ого к рем ния [4,5] – с одержание э тих к ом п онентов м ожет возрас т ат ь в дес ят к и раз. Эт о изм енение ок азы вает ос обенно с ильное влияние на велич ину µmSi, к от орое в рас ч ет ах беретс я равны м знач ению м ас с ового к оэ ффициент а п оглощ ения для м онок рис таллич ес к огок рем ния. Кром е того, п ри ок ис лении ПК его п орис тос т ь

10

т ак же ум еньшает с я, п ос к ольк у в SiO2 объем , п рих одящ ий с я на один ат ом к рем ния, в 2.26 раза больше, ч ем в к рис таллич ес к ом Si.

Рис . 2. Сх ем а изм ерения п оглощ ения рентгеновс к их луч ей образцом п орис т ого к рем ния на к рис таллич ес к ом Si. Т ак им образом , м ет од рентгеновс к ой п ором ет рии п озволяет п роводит ь э к с п рес с ны е изм ерения инт егральной п орис тос ти ПК, вк лю ч ая и зак ры т ы е п оры . М етод не требует с п ециальной п одгот овк и образцов, не разрушает и не загрязняет их и не п орт ит их м орфологию . Кром е т ого, м ет од м ожет бы т ь реализованна лю бом с тандартном рентгеновс к ом с п ек т ром ет ре. М етодичес киеуказания 1. Получ ит е образец п орис т ого к рем ния в виде двух отдельны х п лас тин с п орис т ы м с лоем на их п оверх нос т и. Вы травит е п о к раю ок но в п орис т ом с лое вп лот ь до п одложк и c-Si, п огрузив для э т ого одну из п лас т ин с п орис т ы м с лоем в разбавленны й рас т вор KOH. 2. Проведит е изм ерение п оглощ ения на рент геновс к ом с п ек т ром ет ре для трех п лас т ин, п одк лады вая п од к аждую из них п лас тину ч ис того м еталла, нап рим ер, м еди. Пос к ольк у к онс т рук т ивны е ос обеннос т и с п ек тром етра затрудняю т изм ерения интенс ивнос т и в трех к онтрольны х т оч к ах , п о с х ем е, п риведенной на Рис . 2, луч ше п ровес т и их на ч ас ти ис х одной п лас тины м онок рис т аллич ес к ого к рем ния, зат ем на ч ас т и т ой же п лас т ины с вы травленны м п орис т ы м с лоем и на уч ас т к е п лас тине с удаленны м п орис т ы м с лоем . Вс е т ри ук азанны х уч ас тк а должны бы т ь вы браны для одной и т ой же ис х одной п лас тины для обес п еч ения одинак овой ис х одной толщ ины к рем ния. 3. Оп ределит е п орис т ос ть с лоя ПК п оп риведенной вы ше форм уле.

11

К онтроль ныев опрос ы 1. Как овы облас т и п рим енения п орис т ы х м атериалов? 2. Чтот ак ое п орис тос т ь м ат ериала, в ч ем она изм еряетс я? 3. Как ие с тандартны е м етоды изм ерения п орис тос ти м ат ериалов извес тны в нас тоящ ее врем я? 4. Как изм ерить п лотнос т ь м атериала? В ч ем с ос тоит разница в обы ч ной и рентгеновс к ой п лотнос т и вещ ес тва? 5. Сп ос об оп ределения п орис т ос ти м атериала п орент геновс к ом у п оглощ ению . 6. Поч ем у изм ерение п орис т ос т и п ор-Si нужно п роводит ь с разу п ос ле п олуч ения п орис т огос лоя? 7. Как ое влияние на результат ы изм ерений ок азы вает налич ие нарушенного с лоя на границе м ежду п орис ты м и м онок рис таллич ес к им к рем нием ?

Л итература [1] Кашк аров П.К. Необы ч ны е с вой с т ва п орис т ого к рем ния / П.К. Кашк аров // Сорос овс к ий образоват ельны й ж урн.- 2001. - Т. 7, № 1.- С. 102-107. [2] Горяч ев Д.Н. О м ех анизм е образования п орис т ого к рем ния / Д.Н. Горяч ев, Л .В. Б еляк ов, О.М . Срес ели // Ф изик а и т ех ник а п олуп роводник ов. – 2000. – Т . 34, № 9. – С. 1130-1134,. [3] Б лох ин М .А . Рентгенос п ек т ральны й с п равоч ник / М .А . Б лох ин, В.Г. Ш вей цер. - М .: Наук а, 1985.- 345 с . [4] Gole J.L. Origin of porous silicon photoluminescence: Evidence for a surface bound oxyhydride-like emitter / J. L. Gole, F. P. Dudel, D. Grantierю // Phys. Rev B.- 1997.- V 56, N. 4.- P.2137-2153. [5] Hamilton B Porous silicon / B. Hamilton // Semicond. Sci. Technol.- 1995.- V. 10. P. 1187-1207.

Сос тавит ели:

п роф. Дом ашевс к ая Эвелина Павловна доц.

Редак тор

Кашк аров Владим ир М их ай лович Т их ом ирова Ольга А лек с андровна