Details

Метод фокусированного ионного пучка применяется при модификации поверхности и создании структур на подложках практически из любых материалов. Важность кремния и диоксида кремния для современных нанотехнологий инициирует проведение сравнительного анализа процессов их распыления методом фокусированного ионного пучка в одинаковых экспериментальных условиях. В работе проведено сравнение процессов распыления монокристаллического кремния и термического диоксида кремния. Методами растровой электронной микроскопии исследованы поперечные сечения сформированных двух типов углублений, имеющих низкое и высокое аспектное отношение. Установлено, что в обоих материалах углубления как первого, так и второго типа имеют практически одинаковую форму, несмотря на существенные различия в физических свойствах кремния и диоксида кремния. Моделирование формирования структур проведено методом функций уровня с использованием известных экспериментальных зависимостей коэффициентов распыления. Для учета распыления отраженными ионами методом Монте-Карло рассчитаны их распределения по углам и энергиям. Данные зависимости, а также установленные на их основе скорости распыления кремния и диоксида кремния отраженными ионами имеют практически идентичный вид, что свидетельствует о схожих механизмах распыления этих материалов. Наложение расчетных профилей сформированных углублений на экспериментальные микрофотографии их поперечных сечений позволило установить, что моделирование адекватно описывает форму получаемых структур с низким аспектным отношением для обоих материалов. Для структур с высоким аспектным отношением удовлетворительное согласие результатов моделирования с экспериментальными данными установлено для образца из монокристаллического кремния, для углублений в диоксиде кремния расхождение в глубине расчетного и экспериментального профилей составило около 10 %.

The focused ion beam technique is used to modify the surface and fabricate structures on substrates of almost any material. The significance of silicon Si and silicon dioxide SiO[2] for modern nanotechnologies calls for comparative analysis of their sputtering by focused ion beam under the same experimental conditions. In this work, a comparison of sputtering processes of monocrystalline silicon and thermal silicon dioxide is made. Two types of rectangular boxes were formed, having a low and a high aspect ratio, and their cross sections were studied by scanning electron microscopy. It has been established that in both materials the rectangular boxes of the first and second types had almost the same shape despite significant differences in the physical properties of Si and SiO[2]. Modeling of the formation of structures was carried out by the level set method using the known experimental dependencies of the sputtering yield. To consider sputtering by reflected ions, the Monte Carlo method was used to calculate their angular and energy distributions. These dependencies, as well as the sputtering rates of Si and SiO[2] by reflected ions established on their basis, had almost identical shape indicating similar sputtering mechanisms of these materials. The superimposition of the calculated profiles of the formed rectangular boxes on the experimental micrographs of their cross sections has made it possible to establish that the simulation adequately describes the shape of the obtained structures with a low aspect ratio for both materials. For structures with a high aspect ratio, a satisfactory agreement between the simulation results and experimental data has been established for a sample of single-crystal silicon, and for rectangular boxes in silicon dioxide the discrepancy in the depth of the calculated and experimental profiles is about 10 %.