Tiefenprofile

Schichtsysteme

Die häufigsten Anwendungen einer SIMS Analyse sind Tiefenprofile. Die Abbildung zeigt die Konzentrations-Tiefenprofile von C, O und Te im Phosphid-Arsenid-Schichtsystem einer LED. Die Konzentrationen sind jeweils für die unterschiedlichen Schichtmaterialien kalibriert worden.

Implantationsprofile

Als eine andere typische Anwendung bieten wir Tiefenprofile von Elementen an, die in eine Matrix implantiert worden sind. Die Abbildung zeigt dies für Phosphor in Silizium. Erkennbar sind die hohe Dynamik und die niedrigen Nachweisgrenzen der Methode.

Tiefenauflösung

Bei hohen Punktdichten wird die Tiefenauflösung begrenzt durch die Einschlagenergie des Primärstrahls. Zu jedem Zeitpunkt hat die Intensität der Sekundärionen ihre Quelle in einem Volumenelement der Probe, da stets eine vom Primärstrahl durchmischte Zone existiert. Je kleiner die Tiefe dieses Volumenelements, desto höher ist die Tiefenauflösung bei genügend hoher Punktdichte. Normalerweise sind solche Punktdichten problemlos zu erreichen. Um die Tiefe des durchmischten Volumenelements zu verringern, muss die Einschlagenergie verringert werden.
Die Abbildung zeigt diesen Effekt an einer Probe mit einem schmalen Plateau von Deuterium in Silizium. Beide Profile sind an derselben Probe mit unterschiedlichen Einschlagenergien aufgenommen worden: 14,5 keV (üblicherweise verwendet) und 6,5 keV.

Quantifizierung von Hauptkomponenten

Konzentrationen von über einem Prozent werden ebenfalls mit SIMS quantifiziert (auch diese werden zumeist als Tiefenprofile nachgefragt). Der methodische Ansatz ist dabei ein anderer als bei der Konzentrationsbestimmung von Dotierstoffen oder Verunreinigungen (Konzentrationen < 1 %). Das Beispiel zeigt ein Tiefenprofil des Molenbruchs x von AlN im System AlxGa1‑xN. Im vorliegenden Fall steigt dieser auf einen Maximalwert von 0,62 (was einem Aluminiumgehalt von 31 Atomprozent entspricht).