И.А. Сорокин1, Д.В. Колодко2

1,2 ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Россия)

1,2 НИЯУ «МИФИ» (Москва, Россия)

Постановка проблемы. Для процессов осаждения драгоценных металлов [1 2], а также для промежуточных стадий создания микро- и наноэлектроники, когда применение контактных методов может частично или полностью разрушать покрытие, актуальной является возможность применения бесконтактных методов неразрушающего контроля. Применение контактных методов измерения толщины тонких (< 100 нм) углеродных функциональных пленок (нанокристаллический графит, алмазоподобные пленки или многослойный графен) связано с определенными трудностями, возникающими, главным образом, из-за высоких напряжений в кристаллической структуре пленок. При этом любое локальное повреждение кристаллической структуры может привести к полному разрушению покрытия.

Цель. Рассмотреть возможность модификации существующей методики определения толщины с использованием энергодисперсионной спектроскопии, позволяющей анализировать тонкие пленки легких элементов на примере углеродных пленок, нанесенных на кремний.

Результаты. Представлена теоретическая основа нового бесконтактного метода измерения толщины пленок легких элементов (функциональные углеродные покрытия, пленки лития, бериллия и др.) с использованием энерго-дисперсионного анализа поверхности.

Практическая значимость. Представленный бесконьакьный метод позволяет измерять тонкие (< 100 нм) функциональные углеродные покрытия (нанокристаллический графит, алмазоподобные пленки, многослойный графен и др.), имеющие высокие напряжения в кристаллической структуре.

Сорокин И.А., Колодко Д.В. Возможность косвенного измерения толщины тонких углеродных пленок с помощью энерго-дисперсионного анализа // Нелинейный мир. 2022. Т. 20. №2. С. 32-37. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700970-202202-07

1. Giurlani W., Innocenti M., Lavacchi A. X-ray microanalysis of precious metal thin films: Thickness and composition determination // Coatings. 2018. V. 8. № 2. P. 84.
2. Giurlani W., Berretti E., Innocenti M., Lavacchi A. Coating thickness determination using X-ray fluorescence spectroscopy: Monte carlo simulations as an alternative to the use of standards // Coatings. 2019. V. 9. № 2. P. 79.
3. Sweeney W.E. (Jr.), Seebold R.E., Birks L.S. Electron probe measurements of evaporated metal films // J. Appl. Phys. 1960. V. 31. P. 1061–1064.
4. Bishop H.C., Poole D.M. A simple method of thin film analysis in the electron probe microanalyser // J. of Physics D. Applied Physics. 1973. V. 6. № 9. P. 1142.
5. Pascual R., Curz L.R., Ferreira C.L. Thin film thickness measurement using the energy-dispersive spectroscopy technique in a scanning electron microscope // Thin Solid Films. 1990. V. 185. P. 279-288.
6. Waldo R.A., Militello M.C., Gaarenstroom S.W. Quantitative thin‐film analysis with an energy‐dispersive x‐ray detector // Surface and Interface Analysis. 1993. V. 20. № 2. P. 111-114.
7. Pryds N., Toftmann B., Bilde-Sørensen J.B., Schou J., Linderoth S. Thickness determination of large-area films of yttria-stabilized zirconia produced by pulsed laser deposition // Applied Surf. Science. 2006. V. 252. P. 4882-4885.
8. Prencipe I., Dellasega D., Zani A., Rizzo D., Passoni M. Energy dispersive x-ray spectroscopy for nanostructured thin film density evaluation // Science and Technology of Advanced Materials. 2015. V. 16. № 2. P. 1-9.
9. Zhang L., Li M., Li H., Song X. Measurement of multilayer film thickness using x-ray fluorescence spectrometer // Key Engineering Materials. 2017. V. 726. P. 85-89.
10. Demers H., Poirier-Demers N., Couture A.R., Joly D., Guilmain M., De Jonge N., Drouin D. Three-dimensional electron microscopy simulation with the CASINO Monte Carlo software // Scanning.2011. V. 33. № 3. P. 135-146.
11. Golosio B., Schoonjans T., Brunetti A., Oliva P., Masala G.L. Monte Carlo simulation of x-ray imaging and spectroscopy experiments using quadric geometry and variance reduction techniques // Comput. Phys. Commun. 2014. V. 185.
    P. 1044-1052.
12. Schoonjans T., Vincze L., Solé V.A., Sanchez Del Rio M., Brondeel P., Silversmit G., Appel K., Ferrero C. A general Monte Carlo simulation of energy dispersive x-ray fluorescence spectrometers. Part 5: Polarized radiation, stratified samples, cascade effects, M-lines // Spectrochim. Acta. Part B. At. Spectrosc. 2012. V. 70. P. 10–23.
13. Schoonjans T., Solé V.A., Vincze L., Sanchez Del Rio M., Appel K., Ferrero C. A general Monte Carlo simulation of energy-dispersive x-ray fluorescence spectrometers. Part 6. Quantification through iterative simulations // Spectrochim. Acta. Part B. At. Spectrosc. 2013. V. 82. Р. 36–41.
14. Cockett G.H., Davis C.D. Coating thickness measurement by electron probe microanalysis // British Journal of Applied Physics. 1963. V. 14. № 11. P. 813-816.