CC BY
26
УДК 543.42.062
А. А. Ислам, Е. Н. Можевитина, А. В. Хомяков, Н. Ю. Садовская, И. Х. Аветисов*
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия 125047, Москва, Миусская пл., д. 9 * e-mail: aich@rctu.ru
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫХОДА РАСПЫЛЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО CdTe ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА ПРИМЕСНОЙ ЧИСТОТЫ МЕТОДОМ ВИМС
Настоящая работа посвящена определению выхода распыления кристаллического теллурида кадмия под действием ионов галлия на образцах CdTe производства ОАО «ГИРЕДМЕТ» после химико-механической полировки и выращенных из паровой фазы. Методом атомно-силовой микроскопии исследованы рельефы поверхностей образцов, сформированные в результате ионного распыления. На основании совокупности данных о режиме работы вторичного ионного масс-спектрометра в процессе распыления CdTe и результатов атомно - силовой микроскопии рассчитано значение выхода распыления монокристаллического теллурида кадмия.
Ключевые слова: теллурид кадмия, вторичная ионная масс-спектрометрия (ВИМС), выход распыления.
В настоящее время теллурид кадмия широко используется в качестве неохлаждаемых детекторов ионизирующего излучения [1], а также для изготовления преобразователей солнечной энергии, светодиодов и электрооптических модуляторов [2]. Свойства данного материала существенно зависят от его примесного состава. Одним из неразрушающих методов анализа концентрации примесей, включая газообразующие, в СЭТе является вторичная ионная масс-спектрометрия (ВИМС). Проблема
количественного анализа концентрации примесей данным методом связана с отсутствием информации о доле примесных атомов, ионизировавшихся в результате воздействия первичных ионов и зарегистрированных детектором, а также количестве распыленного материала. Вследствие этого для проведения количественного анализа необходимо иметь стандартные образцы для каждой комбинации «примесный элемент - матрица». Для того чтобы установить, какое количество образца распылилось в процессе анализа, необходимо знать выход распыления анализируемого материала, т.е., количество атомов материала, которое удаляется на каждый случай первичной атаки. Нахождению выхода распыления теллурида кадмия и посвящена данная работа.
В качестве объектов исследования выступали кристаллические образцы теллурида кадмия 1) выращенный из паровой фазы на полированный кварцевый пьедестал; 2) производства ОАО «ГИРЕДМЕТ» после химико-механической полировки. По данным анализа, проведенного методом МС-ИСП (№хЮК 300Б, РегктЕ1шег) примесная чистота образцов составляла не менее 99,998 мас.% и 99,995 мас.%, соответственно.
С целью расчета выхода распыления монокристаллического теллурида кадмия под действием ионов галлия проводили глубинное травление образцов при следующих условиях: диаметр пучка ионов галлия - 2 мкм, область распыления 20*20 точек, количество слоев снятых с образца, выращенного из паровой фазы, - 40,
количество слоев снятых с образца производства ОАО «ГИРЕДМЕТ» - 50, время интегрирования в каждой точке - 5 мс (Таблица 1) (Рисунок 1). _а)_*
I *
*
* ♦
область распыления
б)
Рис. 1 - Изображения поверхностей а) свежего скола CdTe выращенного из паровой фазы и б) образца CdTe производства ОАО «ГИРЕДМЕТ» после ионного распыления, полученные в режиме вторичных электронов.
Расчет выхода распыления
монокристаллического теллурида кадмия проводили на основании совокупности данных о режиме работы ВИМС в процессе распыления С^е и результатов атомно - силовой микроскопии (АСМ) по следующей формуле [3]:
5 = {рМ (А2)/(1р/е)1),
где pM - плотность матрицы, Az - объем распыленного материала, Ip - ток первичного пучка, t - время распыления и е - элементарный заряд электрона.
Исследование рельефа поверхности образцов после распыления проводили методом АСМ на приборе Solver P47-PRO (MT-MDT, г. Зеленоград) в полуконтактном режиме при резонансной частоте контилевера 240-440 кГц и жесткости - 22-100 Н/м. На поверхности образца CdTe, выращенного из паровой фазы был обнаружен кратер с глубиной 106 нм (Рисунок 2). Глубина кратера на поверхности образца после химико-механической полировки составила 179 нм, максимальная ширина - 58 мкм, ширина на полувысоте - 37 мкм (Рисунок 3).
К сожалению, на основании полученных результатов не удалось сделать вывод о геометрической форме полученных кратеров, они могли иметь как форму усеченного конуса, так и усеченной пирамиды (Рисуноки 2 б и 3б), поскольку проводили распыление площади 20*20 точек. Поэтому объемы распыленного материала находили по формулам как для усеченного конуса, так и усеченной пирамиды (Таблица 1).
з»
Размер, мкм
Рис. 2 - Рельеф поверхности образца СОТе, выращенного из паровой фазы, после ионного распыления полученный методом АСМ а)3Б изображение; б) сечение
/яг
30 40 50 Размер, мкм
Рис. 3 - Рельеф поверхности образца CdTe производства ОАО «ГИРЕДМЕТ» после ионного распыления полученное методом АСМ :а) 3D изображение; б) сечение
Среднее значение выхода распыления для теллурида кадмия составило 1,94 шт по четырем результатам. Это означает, что одному первичному иону в процессе распыления соответствует приблизительно две частицы CdTe, которые покидая поверхность образуют четыре вторичные частицы. Значение полученной величины укладывается в общую картину значений выходов распыления для кристаллических материалов. Для сравнения, согласно данным, приведенным в [3] типичные значения S находятся в диапазоне 0,1-10 шт. Так, например, для молибдена эта величина составляет 4 шт, а для железа - 4,1 [5].
Таблица 1 - Выход распыления кристаллического CdTe
Форма кратера V кратера, см3 p(CdTe)[4], шт/см3 Ip, нА "^распылениям- с S, шт
CdTe, выращенный из паровой фазы
усеченный конус 1,77-10-10 0,147-1023 2,8 80 1,86
усеченная пирамида 2,26-10-10 2,38
CdTe производства ОАО «ГИРЕДМЕТ»
усеченный конус 1,82-10-10 0,147-1023 2,9 100 1,56
усеченная пирамида 2,32-10-10 1,95
а
б
а
б
Ислам Аника Ашраф, студентка 4 курса факультета Технологии неорганических веществ и высокотемпературных материалов кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Можевитина Елена Николаевна, к.х.н., старший научный сотрудник кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва.
Хомяков Андрей Владимирович, ведущий инженер кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Садовская Наталия Юрьевна, ведущий инженер кафедры химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Аветисов Игорь Христофорович, д.х.н., зав. каф. химии и технологии кристаллов РХТУ им. Д.И. Менделеева, Россия, Москва.
Литература
1. Роззувайло Т.Н. Определение функциональной пригодности кристаллов CdZnTe для применения в радиоэлектронной аппаратуре на основе метода сканирующей фотодиэлектрической спекроскопии // радiелектроннi i комп'ютерш системи. 2012. № 4. с. 56.
2. Vigil-Galan O., Arias-Carbajal A., Mendoza-Perez R., Santana-Rodriguez G., Sastre-Hernandez J., Alonso J. C., Moreno-Garcia E., Contreras-Puente G., Morales-Acevedo A. Improving the efficiency of CdS/CdTe solar cells by varying the thiourea/CdCl2 ratio in the CdS chemical bath // Semicond. Sci. Technol. 2005. V. 20. № 8. P. 819.
3. McPhail D. S. Applications of secondary ion mass spectrometry (SIMS) in materials science //Journal of materials science. - 2006. - Т. 41. - №. 3. - С. 873-903.
4. Теллурид кадмия [Электронный ресурс]// Wikimedia Foundation. - 2010. - Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1149922
5. User Manual MiniSIMS Millbrook //Instruments Limited.-2004.
Islam Anika Ashraf, Mozhevitina Elena Nikolaevna, Khomyakov Andrey Vladimirovich, Sadovskaya Natalia Yuryevna, Avetissov Igor Christophorovich*
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. * e-mail: aich@rctu.ru
DETERMINATION OF THE SPUTTER YIELD OF CdTe CRYSTALS FOR QUANTIFICATION BY SECONDARY ION MASS SPECTROMETRY(SIMS)
Abstract
This paper is devoted to finding the sputter yield of CdTe crystals analyzed under the action of Ga+ ions. The CdTe film after chemical mechanical polishing («GIREDMET», JSC.) and CdTe crystal grown from vapor phase were taken as the samples. Surface profiles after ionic sputtering of the samples have been investigated by the atomic force microscopy (AFM). The sputter yield of CdTe has been found based on recorded data of operation SIMS during the process of sputtering and information given by AFM.
Key words: CdTe, secondary ion mass spectrometry (SIMS), sputter yield.
