La espectroscopía de electrones ahora es un área de uso de crecimiento para el análisis de superficie de la mayoría de los sólidos, como el microchip de silicio. Para que la mayoría de ellos hagan una función específica, debe haber una superficie cargada. Para que eso se logre, nuestra compañía agregó una pequeña cantidad de boro (b) y fósforo (p) a ciertas regiones del chip. Desde entonces, hemos estado experimentando algunos problemas técnicos. O los elementos se han puesto en la posición incorrecta, o podría haber algún tipo de contaminación en el chip del proceso de fabricación. En 1957, los científicos de Fairchild Semiconductor diseñaron un circuito integrado de silicio utilizando el “proceso plano”, en el que toda la actividad del circuito ocurrió en algunos planos relacionados. Dado que este método resultó ser más competente y simple de hacer, se convirtió en la construcción estándar para todos los circuitos integrados y luego el microchip.
Se usa el silicio puro como base para este sistema. Si el fósforo se combina con él, el silicio gana exceso de electrones. Se llama silicio “tipo N”. Si se combinan Boron y Silicon, carece de electrones. Eso se llama silicio “tipo P”. Cuando los dos se combinan, los electrones y aberturas de enlaces incompletos fluyen bajo voltaje aplicado. Para que el chip funcione correctamente, los materiales de silicio deben combinarse en una superficie, ya sea lado a lado o apilado, en áreas bien definidas del avión. Esto proporciona una vía de electrones a lo largo del microchip.
Hay tres tipos de diseños de chips: estándar, semi-custom y personalizado. Los chips estándar siguen el diseño del fabricante y son los menos costosos de fabricar. Los chips semi-custom tienen un diseño estándar; Sin embargo, están más adaptados para ciertas aplicaciones, como manipular las funciones lógicas. Los chips personalizados tienen un diseño y diseño específicos para aplicaciones más específicas. Son muy caros y tardan más en diseñar y fabricar. Cabe señalar que si el diseño del chip no sigue ciertas reglas de diseño geométrico, no será confiable ni operable.
según Fleischer en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, ya que el proceso de fabricación de chips se extrae Y costoso, el chip debe ser verificado y analizado antes de fabricarse. Muchas herramientas se utilizan para verificar los errores. Con tantas inspecciones en el proceso de diseño de chips, cualquier tipo de problema técnico resultaría del proceso de fabricación.
De mis investigaciones, utilizando la espectroscopía de electrones Auger (AES) y la espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS) lo haría Sea la mejor instrumentación para usar para resolver estos problemas. Pueden proporcionar información química cualitativa y semicuantitativa sobre la composición de una capa superficial de un sólido, que varía de 1 a 100 angstroms en espesor. Ambos instrumentos están ampliamente disponibles.
Cada instrumento utiliza un haz primario y un haz secundario para el examen espectroscópico de la superficie. El haz primario generalmente consiste en fotones de rayos X para instrumentación XPS, o electrones para EA. El haz secundario consiste en electrones para ambos instrumentos. La instrumentación para AES y XPS consiste en una fuente, soporte de muestra, analizador, detector y un procesador de señal y lectura. La única diferencia entre los dos es que la fuente para AES es una pistola de electrones en lugar de un tubo de rayos X utilizado para XPS.
Cada método tiene sus fuerzas particulares que combinadas serían efectivas para esta resolución de problemas particular método. Para XPS, puede ver más de un pico para un elemento dado. Corresponden a cada orbital. Por ejemplo, las energías de unión para los electrones 1s aumentan con el número atómico debido al aumento de la carga positiva del núcleo. Se ha observado que el fósforo tiene picos para electrones 2s y 2p . Boron se ha observado en 1s. La configuración de electrones para Boron es 1S 2 2s 2 2p 1 ; Para el fosforo, es 1S 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 .
La espectroscopía de electrones de Auger es muy sensible a los átomos de bajo número atómico con la excepción del hidrógeno y el helio. Boron (B) tiene un número atómico de cinco y el fósforo es el número quince. Dado que estos son los elementos de interés, esto sería muy beneficioso. AES también tiene una alta resolución espacial, lo que permite un examen detallado de superficies sólidas.
Los efectos espectrales dan más información sobre la muestra y el resultado cuantitativo. Muchos de los picos de electrones son muy agudos, por lo que la resolución puede definir el ancho del pico. El haz de electrones primario sondea la superficie de un material sólido, mientras que los electrones secundarios se emiten y analizan.
Como se señaló anteriormente, el material en un microchip debe estar uno al lado del otro o apilarse para proporcionar una vía de electrones. Para cada vía, hay un cierto número de electrones de sinfín que se generan por electrones primarios dispersos inelásticos que salen de la superficie, y los hay del haz incidente. Cada conjunto de electrones choca y el resultado es electrones retrodispersados. La dispersión inelástica es fuerte y ocurre entre 50-2500EV. Por lo tanto, los electrones que llevan estas energías deben estar cerca de la superficie o el proceso de dispersión absorberá toda la energía que necesitan para ir al vacío. Una vez que el último electrones de Auger se va, la energía cinética se puede determinar. Cada señal para cada elemento se puede trazar.
Todas las muestras que se analizarán mediante AES deben estar en forma de un sólido conductor de hasta 2.5 cm 2 . Además, las muestras no deben estar contaminadas. Si las muestras son difíciles de analizar, esto debe indicar que hay una sustancia extraña presente.
Los mayores usos de los EA, según Turner y Schreifels, es el perfil de profundidad. Básicamente, se elige un gas de pulverización, generalmente argón o xenón, para grabar la superficie mientras determina la composición elemental. Se obtienen mejores resultados con energías de haz bajas a aproximadamente 500eV.
XPS se ha utilizado para la identificación de estados de oxidación de elementos contenidos en compuestos inorgánicos debido al hecho de que aumenta las energías de unión, a medida que el estado de oxidación se vuelve más positivo. Cuando los electrones externos están presentes, ya no hay una atracción del núcleo para el electrón del núcleo, causando un cambio químico. Cuando se elimina uno de estos electrones, la carga efectiva para el electrones del núcleo aumenta con la energía de unión.
Los espectros XPS brindan información cualitativa y cuantitativa sobre el tipo y el número de átomos presentes en un compuesto. También puede distinguir los estados de oxidación de un elemento. Todos los elementos se pueden analizar con la excepción del hidrógeno. La unión química a cualquier especie en la superficie se puede utilizar para la identificación. Además, hay una preparación y daño de muestra mínimo.
El uso de imágenes paralelas y una lente de objeto magnético produce espectros XPS de superficies estructuradas. Turner y Schreifel realizaron un experimento donde las muestras se colocaron en un campo magnético fuerte para que los electrones pudieran obtener más energía. La lente magnética combinada con un dispositivo llamado analizador hemisférico concéntrico (CHA) que aumentaría la intensidad de la señal cinco veces más. La mayoría de los tamaños de los puntos son aproximadamente 100 um. Usando este método, encontraron estaño (Sn) y fósforo (P) se pueden detectar en una aleación de hierro-níquel. Usando este mismo método, uno también debería poder detectar fósforo en un microchip de silicio.
Boron, según Trehan, Lifshitz y Rabalais, produce una película delgada de nitruro de boro cuando interactúa con n 2 + iones. Su grosor depende de los rangos de iones en Boron. El argón suave pulverizó el boro utilizado. Esta pulverización también se puede hacer en una superficie para que uno pueda hacer un análisis elemental a diferentes profundidades. También es útil cuando se busca impurezas que puedan estar presentes. Uno puede ver los cambios dramáticos en los espectros XPS y AES cuando el experimento comienza con boro limpio a la formación de Bn.
en conclusión, si el boro y el fósforo no se colocaron de lado a lado en un plano, Entonces el microchip fallará. Si hay alguna contaminación, puede ser detectado por AES y XPS. La pulverización suave de argón también puede limpiar la superficie. Todas las muestras que se analizan deben estar libres de contaminación. Creo que para resolver este problema, cada elemento debe limpiarse primero con Argón para deshacerse de cualquier posible contaminación. Luego, deben estar dispuestos en un plano en el microchip para que esos electrones puedan fluir en una ruta. Si se encuentra alguna otra sustancia en el microchip durante el análisis de la superficie, la pulverización de argón debería poder eliminarla.
Los métodos cuantitativos de los dos métodos que se discutieron se consideran juntos porque usan los mismos espectrómetros y Los mismos sistemas de detección. Más científicos se están interesando en las diversas técnicas. Para el futuro, el análisis de superficie utilizando espectroscopios de electrones continuará creciendo y mejorando rápidamente.
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