Вторичная электронная эмиссия. При бомбардировке поверхности твердого тела потоком электронов в результате процессов взаимодействия их с атомами твердого тела всегда с поверхности возникает поток встречных электронов с различными энергиями.
Электроны, вылетающие из мишени, можно разделить на две подгруппы обратнорассеяные электроны и истинные вторичные электроны эВ. Истинно вторичные электроны, возникшие в результате лавинных соударений первичных электронов и электронов мишени, имеют наиболее вероятную энергию 3-5 эВ. Обратнорассеяные электроны имеют энергию более 50 эВ. Они могут быть разделены на две подгруппы - упругоотраженные первичные электроны, покидающие мишень с малыми потерями энергии Неупругоотраженные электроны диффузные электроны, покидающие мишень с большими потерями энергии первичные электроны, неупругорассеянные в объеме мишени в результате многократных столкновений.
Неупругоотраженные электроны обычно делятся на два подвида 1 Первые теряют энергию на возбуждение электронов и на ионизационные потери. Эта энергия передается электронам проводимости или валентным электронам путем индивидуального или коллективного возбуждения плазменные колебания.
Типичные значения энергетических потерь из-за возбуждения плазменных колебаний составляют 10-20 эВ. 2 Потери связаны с механизмами возбуждения атома.
Потери энергии свыше 50 эВ. В этих процессах первичным или вторичным электроном на внутренней оболочке создается дырка. Процесс заполнения дырки в глубокой оболочке атома является двухчастичным процессом в силу закона сохранения энергии переходя из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, электрон атома должен передать разность энергий другой частице. В радиационном процессе такой частицей оказывается квант излучения.
Однако есть вероятность, что эту разность может получить другой электрон в атомной оболочке. Передача энергии одного электрона другому происходит через кулоновское взаимодействие отталкивание электронов. В таком двух электронном процессе один электрон, заполняя дырку, опускается в более глубокую оболочку атома и уменьшает свою энергию на величину другой электрон, увеличивая энергию, уходит в вакуум атом ионизируется. Описанный двухэлектронный переход в атоме носит название оже-перехода.
Электрон, увеличивающий свою энергию, принято называть оже-электроном. Если его энергия до оже-перехода была равна 0, то после оже-перехода она равна. Очевидно, что оже-переход будет разрешен только в том случае, если энергия конечного состояния относится к разрешенному и незанятому состоянию. Этому условию отвечают незанятые состояния дискретного спектра электронов в атоме, а также все состояния непрерывного спектра энергии электронов, лежащие выше дискретного спектра и описывающие движение электронов, освобожденных при ионизации.
Если оже-электрон перешел в состояние дискретного спектра, то конечным будет возбужденное состояние атома с дырками в состояниях i, j. Энергия отрицательна и является в данном случае энергией ионизации. Для обозначения оже-переходов приняты символы вида К LL, где первая буква определяет состояние с дыркой, вторая состояние, из которого происходит заполнение дырки, третья состояние, из которого электрон эмиттируется в результате оже-процесса.
В результате оже-перехода образуются две новые дырки, которые также будут заполнятся путем оже- или радиационного перехода. Таким образом, генерируя дырки в глубоком слое электронов можно наблюдать каскады оже-переходов. Коэффициент вторичной электронной эмиссии полный коэффициент вторичной электронной эмиссии принято определять как отношение полного электронного тока, испускаемого мишенью, к току первичных электронов, соударяющихся мишенью за то же время. Таким образом, имеет три составляющие - коэффициент неупругого отражения, это отношение тока отраженных электронов к току первичных электронов E50 E - коэффициент истинной вторичной электронной эмиссии , E 50 эВ - коэффициент упруго отраженных электронов.
Значение в области энергий первичных электронов 1 кэВ не превышает 0,05. Они имеют глубину выхода, не превышающую нескольких постоянных решетки, т.е. приповерхностный слой вещества. Величина не зависит от энергии первичных электронов, а определяется лишь атомным номером Z материала мишени.
Величина возрастает с возрастанием угла падения первичных электронов на поверхность вещества, т.к. электроны начинают углубляться в среднем по нормали к поверхности вещества на меньшие расстояния, что приводит к увеличению числа отраженных электронов. Значение не возрастает монотонно с увеличением Z. На его величину влияют изменение работы выхода и состояние поверхности. 6. Взаимодействие рентгеновского излучения с рентгенорезистами. Основным механизмом поглощения рентгеновского излучения в твердых телах является фотоэффект, в результате которого фотоэлектроны приобретают энергию поглощаемых квантов.
В результате фотоэффекта на атоме энергия фотона распределяется между фотоэлектроном эта часть равна и атомом, который в ионизованном состоянии обладает запасом энергии, равным энергии ионизации I. Энергию фотоэлектрон потеряет на некотором пути R при возбуждении и ионизации атомов, с которыми он сталкивается неупругие столкновения. Рассматривая также упругие столкновения фотоэлектрона, можно проследить за его траекторией.
Обратимся к части энергии I фотона, оставленной в виде запаса энергии ионизованного атома. Эта энергия освобождается атомом при излучении характеристического кванта в результате радиационного эффекта или в форме энергии оже-электрона в результате оже-перехода. Все направления вылета характеристического кванта или оже-электрона равновероятны. Подложка, на которую нанесена резистная пленка, может существенно изменять дозу энергии, поглощенную в слое пленки, непосредственно примыкающем к подложке.
В подложке, атомы которой имеют большие Z, происходит интенсивное фотоэлектронное поглощение прошедшего через слой резиста излучения при этом возникает внешний ток фотоэлектронов, в данном случае в резистный слой снизу. Таким образом, резистный слой оказывается экспонированным дополнительной дозой фотоэлектронов из подложки. Следовательно, слой примыкающий к подложке, при последующем его растворении в некотором заданном растворителе, растворяется гораздо быстрее, чем основная часть толщины пленки.
Комптон-эффект из атома выбивается электрон отдачи, получивший лишь часть кинетической энергии первичного фотона, а вместо последнего возникает вторичный фотон, с меньшей энергией и двигающийся в ином направлении. Энергия электрона отдачи равна разности между энергиями первоначального и рассеянного фотона. Вторичный фотон и электрон отдачи способны производить дальнейшую ионизацию, возбуждение, структурные нарушения, т.е. происходит внутренне облучение вещества электронами высоких энергий.
Таким образом, процессы взаимодействия на твердое тело при электронном и рентгеновском облучении одинаковы. 7.