CC BY
0
ИЗМЕРЕНИЕ ТОЛЩИНЫ ТОНКИХ ПЛЁНОК КОБАЛЬТА И ЖЕЛЕЗА МЕТОДОМ
РЕНТГЕНОВСКОЙ РЕФЛЕКТОМЕТРИИ
Я.А. Лукьянова, студент Д.А. Усов, студент
МИРЭА - Российский технологический университет (Россия, г. Москва)
DOI:10.24412/2500-1000-2024-12-3-272-275
Аннотация. В данной статье представлены результаты измерений толщины и анализа шероховатости поверхности тонких плёнок оксидов железа (FeO) и кобальта (CoO) с использованием метода рентгеновской рефлектометрии. Основной целью исследования было выполнение измерений рефлектометрических кривых указанных материалов, последующее моделирование этих кривых для адаптации параметров толщины и шероховатости. Разработанная методика позволяет улучшить качество контроля и характеристики готовых элементов на основе тонких плёнок, обеспечивая более высокую точность соответствия экспериментальных данных теоретическим моделям. Результаты работы важны для дальнейшего развития технологий производства и применения тонких плёнок в различных инновационных областях.
Ключевые слова: рентгеновская рефлектометрия, тонкие плёнки, анализ шероховатости, толщина пленки, моделирование.
В ходе проведенного исследования, при использовании дифрактометра ДРОН-8, были получены зависимости интенсивности отраженного излучения от угла скольжения, что представлено в виде графиков на рисунке 1. Эти данные стали основой для дальнейшего анализа, направленного на определение ключевых параметров образца, таких как толщина и шероховатость поверхности. Для выполнения задачи по подбору оптимальной рефлек-тометрической кривой, которая бы максимально точно соответствовала эксперимен-
тальным данным, были использованы несколько алгоритмов аппроксимации. Среди используемых методов выделяются генетический алгоритм ^Л) и алгоритм Левенберга-Марквардта, которые были выбраны из-за их оптимальности в плане соотношения точности и количества итераций. Аппроксимация данных производилась в программе ХЯЛ, что позволило детально проанализировать структурные характеристики исследуемых образцов.
Рис .1. Кривые рефлектометри, полученные на установке ДРОН-8 International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 12-3 (99), 2024
Как видно из рисунка 2, на кривой рефлек-тометрии для пленки CoO толщиной 10 нм наблюдается небольшое количество осцилля-ций. Это связано с малой толщиной материа-
ла, а также с отсутствием значительных перепадов высот поверхности, которые могли бы усилить эффект интерференции.
Рис. 2. Результат аппроксимации для пленки ^О 10 нм
Для пленки кобальта толщиной 25 нм (рис. 3) наблюдается большее количество слабо выраженных пиков. Также присутствует значительное количество шумов, вызванных интерференцией преломленных лучей на не-
однородностях пленки, что свидетельствует о её шероховатости. Однако стоит учитывать, что эти шумы могут быть также связаны с возможной неправильной настройкой оборудования.
Рис. 3. Результат аппроксимации для пленки CoO 25 нм
Для пленки оксида железа толщиной 35 нм (рис. 4) можно наблюдать более четкое выделение основных пиков спектра. Это связано с увеличением числа интерференционных условий, выполнимых для более широкого диапазона углов падения, благодаря большей толщине пленки. В результате увеличивается количество интерференционных максимумов.
Более толстая пленка способствует не только большему числу пиков, но и более четкому их разделению из-за значительной разности хода отраженных волн. Также следует отметить, что полученная кривая показывает достаточно гладкую структуру, что указывает на малую шероховатость образца по сравнению с предыдущими.
Рис. 4. Результат аппроксимации для пленки FeO 35 нм
В результате проведенного исследования, CoO толщиной 25 нм показала точное соот-направленного на измерение и моделирование ветствие заявленной толщине с шероховато-рефлектометрических кривых для тонких стью 4,8 нм. Пленка FeO, изначально предпо-пленок кобальта и железа, была подтверждена лагавшаяся толщиной 35 нм, имела фактиче-эффективность разработанной методики. скую толщину 34,95 нм и шероховатость Данная методика позволяет точно определить 2,07 нм. Эти результаты подчеркивают важ-параметры толщины и шероховатости, опти- ность использования рентгеновской рефлек-мизируя соответствие экспериментальным тометрии для точного контроля параметров данным и теоретическим моделям. В частно- тонких пленок. Полученные данные можно сти, для пленки CoO с номинальной толщи- использовать для улучшения технологий изной 10 нм фактическая толщина составила готовления тонких пленок. 12,98 нм при шероховатости 3,79 нм. Пленка
Библиографический список
1. Журавлева П.Л., Щур П.А., Мельников А.А. Изучение структурных параметров тонких пленок аналитическими методами // ТРУДЫ ВИАМ. - 2019. - № 6 (78). - С. 104-113.
2. Мамонтов А.И., Петраков А.П., Зимин С.П. Пористость и морфология поверхности слоев селенида свинца - селенида олова на кремниевых подложках по данным рентгено-дифракционных исследований // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. - 2018. - № 11 (1). - С. 102-111.
3. Татаринцева Т.Б. Методы исследования материалов и процессов: учебное пособие. - Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. - 292 с.
4. Чижов П., Левин Э., Митяев А., Тимофеев А. Приборы и методы рентгеновской и электронной дифракции: учебное пособие. - М.: Можайский полиграфический комбинат, 2011. -152 с.
5. Стогней О.В., Смирнов А.Н., Ситников А.В. Термическая стабильность многослойной наноструктуры Mg/NbO // Сборник научных статей 3-й Международной научно-практической конференции. - Курск: ЗАО «Университетская книга», 2017. - С. 144-150.
MEASUREMENT OF THE THICKNESS OF COBALT AND IRON THIN FILMS BY X-RAY
REFLECTOMETRY
Ya.A. Lukyanova, Student D.A. Usov, Student
MIREA - Russian Technological University (Russia, Moscow)
Abstract. This article presents the results of thickness measurements and surface roughness analysis of thin films of iron (FeO) and cobalt (CoO) oxides using X-ray reflectometry. The main purpose of the study was to measure the reflectometric curves of these materials, and then simulate these curves to adapt the thickness and roughness parameters. The developed technique makes it possible to improve the control of quality and characteristics of finished elements based on thin films, providing higher accuracy of compliance of experimental data with theoretical models. The results of the work are important for the further development of technologies for the production and application of thin films in various innovative fields.
Keywords: x-ray reflectometry, thin films, roughness analysis, film thickness, modeling.
