Влияние наноразмерных горизонтальных неоднородностей на послойный анализ поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии

Лукьянцев Д.С., Лубенченко А.В., Иванов Д.А., Лубенченко О.И., Федотов А.С. Влияние наноразмерных горизонтальных неоднородностей на послойный анализ поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22, № 6. С. 1104–1111. doi: 10.17586/2226-1494-2022-22-6-1104-1111

Предмет исследования. Количественный послойный анализ поверхностных слоев тонких пленок проводят с помощью метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии по расчетной модели, которая предполагает, что поверхностные слои образца однородны и плоскопараллельны. Однако практически любая поверхность ультратонкой пленки неровная. Исследование такой поверхности по модели плоскопараллельных слоев может привести к некорректным результатам. В настоящей работе для анализа ультратонкой пленки предложено использовать модель неоднородного стохастического наноструктурированного поверхностного слоя. Метод. Поверхностные стохастические наноструктурированные неоднородности описаны функцией нормального распределения Гаусса и определяются тремя параметрами: дисперсия (разброс толщин по слою), средняя и максимальная толщины поверхностного слоя. Впервые определен вид рентгеновского фотоэлектронного спектра неоднородной стохастической наноструктурированной поверхности с помощью функций рождения и прохождения фотоэлектронов через поверхностный слой. Разработанная модель основана на следующих предположениях: фотоэлектроны рождаются в веществе и движутся прямо-вперед (приближение Straight Line Approximation) по нормали к поверхности, плотность их потока ослабевает в слое по закону Бугера–Ламберта; фотоэлектроны с различными энергиями теряют энергию по-разному; потери энергии фотоэлектронов в объеме и на поверхности слоя различны. Основные результаты. Выполнено моделирование рентгеновских фотоэлектронных спектров окисленной металлической пленки по следующим моделям: однородные плоскопараллельные слои, островковый и неоднородный стохастический наноструктурированные поверхностные слои. Определены границы применимости моделей однородных плоскопараллельных слоев и простого периодически островкового наноструктурированного поверхностного слоя для анализа неоднородной стохастической наноструктурированной поверхности. При некоторых параметрах неоднородного стохастического поверхностного слоя модель однородных плоскопараллельных слоев показывает удовлетворительные результаты послойного анализа. Показано, что модель простого периодически наноструктурированного островкового слоя дает неадекватные результаты при анализе неоднородной стохастической поверхности. Практическая значимость. Проведенные в работе исследования показали, что для более точного послойного анализа неоднородной ультратонкой пленки необходимо учитывать неоднородность реальной поверхности, в противном случае полученные результаты будут не соответствовать фактическим.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License