WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||
1 показан пример автоэлек- образом, состав спектров полевого испарения термопотронного изображения таких микровыступов. Отметим, левых микровыступов соответствовал в основном ионам что спонтанное возникновение острых микровыступов WSi3 — 56 ионов из 117 зарегистрированных в спектре имело место лишь на вершинной грани {110}, их не рис. 2, а, затемWSi2 — 12 ионов (в спектре рис. 2, а ионы Журнал технической физики, 1997, том 67, № Структура и состав термополевых микровыступов из силицидов вольфрама Рис. 2. Спектры полевого испарения с термополевых микровыступов, выросших на {110}W. а —спектр получен сразу же после выращивания микровыступа, б — спектр получен после 15 ч экспозиции поверхности микровыступа в остаточных газах при давлении 10-5 Тор.

преимущественно двухзарядные и в меньшей степени ступа расположен слой ди-, а под ним трисилицида одно- и трехзарядные). вольфрама. Графики накопления всех зарегистрированИоны дисилицида и трисилицида вольфрама, как по- ных ионов (рис. 4) демонстрируют волнистую структуказывает анализ накопления зарегистрированных ионов ру с заметными паузами между группами приходящих в спектре рис. 2, а (рис. 3), испаряются во времени ионов, часто с увеличением скорости накопления перед неоднородно. Сначала регистрируется испарение ионов паузой. Такая структура кривой накопления может объясWSi2, а затем WSi3. Такая динамика процесса, видимо, няться послойным характером испарения микровыступа.

отражает пространственную локализацию соответству- Моноатомные слои, испаряясь в периферии, сходятся ющих соединений в микровыступах. Наверху микровы- кольцами к оси микровыступа, при ”схлопывании” такоЖурнал технической физики, 1997, том 67, № 106 М.В. Логинов, В.Н. Шредник Рис. 3. Кривые накопления числа зарегистрированных ионов n в зависимости от числа прошедших импульсов напряжения N для трех пиков спектра рис. 2, а. 1 —WSi+, 2 —WSi++, 3 —WSi++.

3 2 го кольца скорость испарения может возрастать, после Для оценки действовавшей величины напряженночего возникает некоторое торможение процесса. Сопо- сти F электрического поля допустим, что яркие пятставление графиков n(N) (рис. 3 и 4, а) показывает, что на, наблюдаемые в автоэлектронном режиме в слуионы WSi++ сосредоточены главным образом в первой чае острых микровыступов (с радиусом закругления волне, т. е. в первом анализируемом моноатомном слое. r = 30-50 ), соответствуют плотности автоэлектронРегистрация же ионов WSi++ и WSi+ соответствует ного тока на уровне 1 /см. Выбирая по таблицам 3 Долана [12] напряженность поля F, соответствующую испарению следующих слоев.

такой плотности тока и работе выхода = 4.65 эВ, Испарение микровыступа при достаточно высоком близкую к ожидаемой работе выхода силицидов [13], базовом напряжении может происходить и в отсутствие получим F = 2.7 · 107 В/см и при V = 2.2кВ выимпульсного напряжения. Испаряющие же импульсы в числим полевой множитель = F/V для микровыэтом случае выбирают ионы из тех же крайних ступеней ступа ( = 1.23 · 104 см-1). Первые признаки затумоноатомных слоев, движущихся в зоне зондирующего отверстия. Из этого следует, что спектр полевого испа- пления микровыступа наблюдались при F в пределах 7.4 · 107 > F > 6 · 107 В/см (между 5 и 6 кВ). И далее рения, полученный при высоком базовом напряжении, поле F = 0.8-1.0 · 108 В/см систематически продолжало может не отражать испарение самых первых порций затуплять микровыступ.

ионов с поверхности микровыступа, а соответствует испарению более глубоко лежащих моноатомных слоев.

Чтобы определить необходимые условия для регистраТаблица 1. Затупление микровыступа из силицида вольфрама ции ионов, испаряющихся с самой вершины острия, были за счет полевого испарения его вершины при подаче на него проведены контрольные опыты по определению ее устойположительного напряжения V+. Затупление выражается в почивости к испаряющему полю. Для этого свежевыращенвышении напряжения Ve ный микровыступ подвергался воздействию постоянного V+, кВ Ve, кВ испаряющего поля некоторое фиксированное время и затем контролировалось напряжение наблюдения авто4 2.электронного изображения Ve. В табл. 1 представлены 5 2.результаты такого наблюдения. Из таблицы следует, что 6 2.при приложении к острию высокого базового напряже7 2.ния (более 3-3.5Ve) можно почти сразу же испарить са8 2.мую вершину микровыступа, составляющую, возможно, 10 3.11 3.лишь несколько атомов.

Журнал технической физики, 1997, том 67, № Структура и состав термополевых микровыступов из силицидов вольфрама Рис. 4. Кривые накопления числа всех зарегистрированных ионов n в зависимости от числа прошедших импульсов напряжения N для четырех спектров полевого испарения силицидов вольфрама при комнатной температуре. а — случай спектра 2, а; б — случай спектра 2, б. Vб + Vи, кВ: а–в —18 +4.8, г —14 +4.8; n0/N0: а — 106/4000, б — 105/3060, в — 44/2108, г — 33/1788 (индекс 0 — полное число ионов и импульсов).

Мы предприняли достаточно ”осторожный” метод ана- опыте были зарегистрированы все ионы, испарившиеся с лиза микровыступа, чтобы собрать ионы с самой его вершины микровыступа. При суммарном составе, отвечавершины. На острие со свежевыращенным микровы- ющем дисилициду WSi2 (12 атомов W и 24 атома Si), мы ступом с исходным Ve = 2-2.2 кВ подавалось (при получили большое разнообразие ионов. Из этого следует нулевом постоянном напряжении) импульсное напря- атомная неупорядоченность вершины микровыступа, что жение амплитудой 4 кВ, что было явно недостаточно может быть следствием продолжавшегося полевого исдля испарения даже одного атома с вершины. Затем парения при высокой температуре в процессе ”закалки”.

базовое напряжение медленно повышалось до появле- В дальнейшем подъем Vб не обнаружил (даже при пония первых зарегистрированных ионов. Они появились вышенном до 4.8 кВ Vи) заметной скорости регистрации при Vб = 4кВ (т. е. при 8 кВ суммарного напряжения ионов вплоть до величины Vб = 14 кВ (точнее, при или в поле F = 1.04 · 108 В/см). После этого первые плавном повышении Vб через 1 кВ и некотором ожидании 90 импульсов породили 10 зарегистрированных ионов, было зарегистрировано еще 4 иона: 2 WSi++, 1 WSi+ при а затем достаточно долгое ожидание не добавило ни 7 + 4.8кВ и ион WSi++ при 10 + 4.8кВ).

одного. Зарегистрированные ионы поступали в порядке, При Vб + Vи = 14 + 4.8 кВ был получен спектр из указанном в табл. 2. Есть основания полагать, что в этом 33 ионов (при соотношении числа всех испаряющих Журнал технической физики, 1997, том 67, № 108 М.В. Логинов, В.Н. Шредник Таблица 2. Ионы, испаренные полем с вершины силицидного микровыступа при Vб + Vи = 4 + 4кВ Массовые числа m/q Номер импульса Предполагаемые ионы Расчетные m/q зарегистрированных ионов 12 145 WSi++ 21 307 WSi+ 23 217 WSi+ 40 424 и 478 (WSi)+, (WSi2)+ 424, 2 50 170 и 199 (WSi6)++, (W2Si)++ 176, 66 65 и 76 W+++, (WSi2)+++ 61.3, 84 6 C++ импульсов к числу результативных = 54). Он выявил понентного вещества. Характерно, что при низких тем25 ионов, отвечающих составу WSi3 и только 5 ионов пературах автоматически устанавливается соотношение WSi2. Однако на этот раз спектр был не полным, а скоростей испарения при стационарном базовом напрявыборочным, так как три волны на зависимости n(N) жении и суммарном с импульсным с контрастом выше (рис. 4, г) демонстрировали испарение моноатомного 106, что позволяет получать корректные, легко расшислоя при приложенном базовом напряжении за время фровываемые спектры, отражающие состав микровыстурегистрации 10 ионов. Верхняя граница для F при Vб па. Если имеет место активное полевое испарение при и Vб + Vи соответствовала 1.82 · 108 и 2.44 · 108 В/см установленном Vб, то микровыступ затупляется до такого (если принять неизменным после испарения 14 ионов состояния, пока испарение не становится приемлемо с вершины). Реальные поля, конечно, были меньше, медленным. Выяснение состава микровыступа, начиная тем не менее они обеспечили скорость испарения при с самой вершины, требует применения особых методов, базовом напряжении (оценка) 0.2 иона/с и в импульсе некоторые из которых описаны в предыдущем разделе.

2 · 106 ионов/с. Полученные результаты подтвердили, что Сам процесс термополевого выращивания силицидных лишь верхний слой микровыступа отвечает составу WSi2, микровыступов заслуживает специального анализа и диса последующие слои состоят из трисилицида вольфрама.

куссии. Предварительные наблюдения показывают, что соображения о равновесных и стационарных микровыступах, развитые в [2,14] для металлов, вполне примениОбсуждение результатов мы к неоднокомпонентным проводящим материалам.

Таким образом, в итоге анализа показано, что на Работа выполнена при поддержке двух программ:

грани {110}W при высоких концентрациях напыленноРФФИ (проект № 94-02-06053) в связи с проблемой го кремния и при прогреве в электрическом поле до изучения реконструкции и химических превращений в температур T, низких для диффузии и термополевых песильных электрических полях, и ”Физика твердотельных рестроек чистого W (1000-1200 K), вырастают острые наноструктур” (проект № 2-002) в связи с проблемой силицидные микровыступы с составом, близким к WSi2 в создания точечных электронных и ионных источников верхнем слое и к WSi3 в теле микровыступа. При относидля задач нанотехнологии.

тельно низких температурах грань {110}Wспособствует зарождению и росту микровыступов, в построении которых участвует от 1/3 до 1/4 атомов W. При таких Список литературы обстоятельствах исходная грань W не может оставаться невозмущенной. Кроме реконструкции, способствующей [1] Шредник В.Н. // Рост кристаллов. М.: Наука, 1980. Т. 13.

кристаллическому росту, она поставляет и необходимый С. 68–79.

для образования силицидов W. Этот процесс кристал- [2] Власов Ю.А., Голубев О.Л., Шредник В.Н. // Рост кристаллов. М.: Наука, 1991. Т. 19. С. 5–21.

лического роста и химического взаимодействия жестко [3] Butenko V.G., Vlasov Yu.A., Golubev O.L., Shrednik V.N. // контролируется напряженностью электрического поля.

Surf. Sci. 1992. Vol. 266. P. 165–169.

Пропитанная кремнием силицидная корка W при вы[4] Голубев О.Л., Конторович Е.Л., Шредник В.Н. // ЖТФ.

сокотемпературном полевом испарении проявляет меха1996. Т. 66. Вып. 3. С. 88–96.

низм схлопывания колец, несвойственный при этих (от[5] Власов Ю.А., Павлов В.Г., Шредник В.Н. // Письма в носительно низких) температурах чистому вольфраму.

ЖТФ. 1986. Т. 12. Вып. 9. С. 548–552.

На этой основе можно создать точечный и управляемый [6] Бутенко В.Г., Голубев О.Л., Конторович Е.Л., Шредисточник силицидных ионов, с помощью которого уданик В.Н. // Письма в ЖТФ. 1992. Т. 18. Вып. 8. С. 86–91.

лось бы программированно осаждать силицид вольфрама [7] Голубев О.Л., Конторович Е.Л., Шредник В.Н. // ЖТФ.

на подложку в масштабе десятков и сотен.

1996. Т. 66. Вып. 3. С. 97–106.

В работе впервые исследован состав термополевых [8] Логинов М.В., Савельев О.Г., Шредник В.Н. // ЖТФ. 1994.

микровыступов из проводящего химически неодноком- Т. 64. Вып. 8. С. 123–131.

Журнал технической физики, 1997, том 67, № Структура и состав термополевых микровыступов из силицидов вольфрама [9] Комар А.П., Таланин Ю.Н. // Изв. АН СССР. Сер. физ.

1958. Т. 22. № 5. С. 580–593.

[10] Голубев О.Л., Шайхин Б.М., Шредник В.Н. // Письма в ЖТФ. 1975. Т. 1. Вып. 15. С. 714–718.

[11] Агеев В.Н., Афанасьева Е.Ю., Галль Н.Р. и др. // Письма в ЖТФ. 1986. Т. 12. Вып. 9. С. 565–570.

[12] Dolan W.W. // Phys. Rev. 1953. Vol. 91. N 3. P. 510–511.

[13] Фоменко В.О., Подчернява И.А. Эмиссионные и адсорбционные свойства материалов. Справочник. М.: Атомиздат, 1975. 320 с.

[14] Власов Ю.А., Голубев О.Л., Шредник В.Н. // Изв.

АН СССР. Сер. физ. 1988. Т 52. № 8. С. 1538–1543.

Журнал технической физики, 1997, том 67, №

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.