АСМ визуализация In-Situ ионных треков в окиси кремния с использованием селективное травление в растворе

АСМ визуализация In-Situ ионных треков в окиси кремния с использованием селективное травление в растворе.

А.А. Бухараев, Н.И. Нургазизов
e-mail: bukh@dionis.kfti.knc.ru
Лаборатория Физики и Химии Поверхности Казанского Физико-Технического Института,
Российская Академия Наук, Сибирский Тракт, 10/7 Казань, 420029, Россия

Предварительные исследования показали, то селективное химическое травление является эффективным для изучения внутренней структуры материалов, составленных из микро- и наночастиц с различными скоростями травления. Развитие атомно-силовой микроскопии (АСМ) дало возможность получения трехмерного изображения поверхности твердого тела с нанометровым разрешением в жидкости и поэтому наблюдения трансформацию поверхности в процессе травления в реальном масштабе времени. Это позволяет получать данные о структуре подповерхностного слоя.

Здесь мы демонстрируем АСМ визуализацию локальных радиационно-нарушенных областей в SiO₂, индуцированных бомбардировкой тяжелыми ионами с низкой дозой. В эксперименте в качестве начальных образцов использовались пленки  SiO₂ толщиной от 100 до 300 нм, сформированные на кристаллических Si подложках.

Образцы были облучены ионами 710 MэВ Bi⁵¹⁺ с дозами около 10⁹ ионов/см² в Объединенном Институте Ядерных Исследований в Дубне В.А. Скуратовым. Слабые водные растворы HF с объемной концентрацией от 0.25 до 1 % были использованы для химического травления. Измерения проводились с использованием сканирующего зондового микроскопа  Solver-P4-18RM фирмы NT-MDT. Описание жидкостной ячейки, использованной в этой работе, и соответствующие методы АСМ измерений были опубликованы в [1]. АСМ измерения проводились с использованием контактного метода непосредственно in-situ в растворе кислоты. Одно за другим АСМ изображения одного и того же участка поверхности  получались по мере его химической модификации.

Кратеры или холмы, обусловленные единичными одно-ионными столкновениями не были обнаружены непосредственно после имплантации SiO₂ ионами Bi. Вероятно, это обусловлено относительно большой шероховатостью поверхности SiO₂ исходного образца и «зонд-поверхность образца» эффектами конволюции. Метод селективного травления был успешно применен для АСМ визуализации латентных треков, сформированных в  SiO₂ ионами Bi. На рис. 1 показана временная последовательность АСМ изображений, полученных in-situ в процессе травления. Этот эксперимент отражает формирование такой структуры углублений в реальном масштабе времени и позволит нам оценить скорость травления  SiO₂  в латентных треках, содержащих имплантационно-индуцированные нарушения.

Показано, что АСМ может быть успешно использован для изучения с помощью селективного травления SiO₂ с локальными областями с высокой концентрацией радиационных нарушений, индуцированных бомбардировкой единичными тяжелыми ионами.  Эти исследования позволяют очертить имплантированные объемные области в подповерхностном слое и измерять латеральные размеры углублений