用于界面分析的高分辨静电分析器

　　随着信息科学和材料科学的发展,各种功能薄膜日益增多,因此,多层膜新材料界面的研究已成为当今微电子学及材料科学的前沿和重点.由于在一些工 作中要求薄膜之间应有分明锐利的界面,而在另一些工作中则仅追求混合模糊的界面.所以各种元素原子在界面的位置及沿深度的精细分布,迫切要求提高沿深度分 析的分辨.卢瑟福背散射(RBS)能直接分析表层浓度及杂质沿深度的分布,并具有无损、快速的特点,已成为某些高科技中一种不可缺少的常规分析工具.国内 外普遍认为;静电法背散射能大大提高沿深度的分辨能力,但技术复杂,难度很大.我们利用过去十多年来在原子碰撞物理研究中发展起来的高分辨技术[1],研 制了一种专用的RBS静电分析器(ESA).

　　1　仪器结构

　　为设计一台能满足实验要求的静电分析器,应根据加速器离子源产生离子的种类、质量大小及要求达到的能量分辨率等,合理地选择偏转半径、张角、电 极间距和绝缘材料.基于以上考虑,我们所研制的静电分析器和靶室的平面图如图1所示.这是一台园柱扇形静电分析器,两条弧形不锈钢电极的大小为 40mm×80mm,张角90°,主半径a0=800±0.01mm,极间缝隙d胺-酰亚胺板,侧面加工成波纹状,用螺钉将电极固定在绝缘板上,再将绝缘 板固定在厚35mm的不锈钢板上.为了保证基板不变形,在基板精加工前,其周围及多个径向加有20mm×40mm的不锈钢加强筋,从而使电极在加工后发生 的形变最小(小于0.3mm).

　　静电分析的电极和支撑电极的绝缘体及引线柱的结构如图2所示,采用柯瓦电极有利于提高真空度.电极和绝缘体封装在不锈钢盒体内,通过底板用不锈 钢波纹管与一台1500L/s的分子泵相连.与采用扩散泵相比,分子泵不仅可增加抽速,而且能减少油分子进入真空系统.在机械加工过程中,电极、基板、盒 体均经过长时间自然失效和多次退火,消除内应力,以减少日后变形.

　　为保证真空度,我们在材料选择和工艺设计上都作了仔细考虑.即用于绝缘材料的亚胺均经过多次动态和静态真空性能实验;D321的加工面用亚胺漆 处理,以保证其表面的光洁度;电极与D321的接触面用E-10胶填充;绝缘板与基板接触面开有多条抽气槽;连接螺钉有通气孔防止出现真空死角而影响真空 度,真空盒体内表面光洁度好于 6.在束流射向靶的过程中,我们采用一块光洁度为 10以上的的镜面不锈钢薄板进行屏蔽,从而避免了入射束流受到电场的影响而偏离方向.

　　2　结果和分析

　　用静电加速器提供的1.94MeV的H+2束对此静电分析器进行了测试,结果如附表所示.

　　由于分析器的能量分辨率好于±1.5×10-4.因此,可望将RBS沿深度的分辨提高到6 (对Au)至20 (对Si),而现时常规RBS的分辨通常为110 (对Au)至330 (对Si)[2].