Growth of Surface Micro- and Nanostructures During Depth Profiling of PbTe Crystals by Ar Plasma

Abstract

Peculiarities of depth profiling of PbTe crystals by Ar plasma with energy of 350 eV at the conditions of Secondary Neutral Mass Spectrometry originated from the crystal growth environment are presented. The crystals grown from vapor phase and from melt by the Bridgman method were studied. The natural faceted surface corresponding to the crystallographic plane of high symmetry (100), the natural lateral surfaces of crystal ingots, and the surfaces processed mechanically during cutting of the crystals were profiled. Nucleation, growth, and re-sputtering of the arrays of micro- and nanoscopic surface structures on the sputtered surfaces as a result of re-deposition of sputtered Pb and Te atoms were observed. It was determined that the growth environment of the PbTe crystal surfaces has a strong effect on nucleation and growth of the surface micro- and nanostructures in the conditions of continuous surface bombardment by Ar ions during depth profiling. This does not prevent the correct determination of the composition of the studied objects via the analysis of the composition of sputtered phase, if sputtering continues for at least 5-10 minutes.

Представлені особливості профілювання вглиб кристалів PbTe плазмою Ar енергії 350 еВ методом вторинної нейтральної масспектрометрії, що спричиняються умовами росту кристалів. Дослідження проведено на кристалах, вирощених з парової фази та з розплаву методом Бріджмена. Різні поверхні були розпорошені: поверхня природної огранки, що відповідає кристалографічній площині високої симетрії (100), природні бокові поверхні кристалічних зливків та поверхні, оброблені механічно підчас розрізання кристалів. На розпорошених поверхнях спостерігали зародкоутворення, ріст і повторне розпорошення масивів мікро- і наноскопічних поверхневих структур, переосаджених з розпорошених атомів Pb і Te. Встановлено, що ростові умови формування поверхонь кристалів PbTe дуже сильно впливають на процеси зародкоутворення і росту на них поверхневих мікро- і наноструктур в умовах неперервного бомбардування поверхні іонами Ar підчас профілювання кристалів вглиб. Показано, що це не перешкоджає належній оцінці складу досліджуваних об'єктів шляхом аналізу складу розпорошеної фази, якщо розпорошення проводити щонайменше 5-10 хвилин.

Представлены особенности профилирования по глубине кристаллов PbTe плазмой Ar энергии 350 эВ методом вторичной нейтральной масс-спектрометрии, порождаемые условиями роста кристаллов. Исследованы кристаллы, выращенные с паровой фазы и с расплава методом Бриджмена. Было проведено распыление различных поверхностей: поверхности естественной огранки, соответствующей плоскости высокой симметрии (100), естественных боковых поверхностей кристаллических слитков и поверхностей, обработанных механически во время разрезания кристаллов. На распыленных поверхностях наблюдали зарождение, рост и повторное распыление массивов микро- и наноскопических поверхностных структур, переосаждаемых с распыленных атомов Pb и Te. Установлено, что ростовые условия формирования поверхностей кристаллов PbTe очень сильно влияют на процессы зарождения и роста на них поверхностных микро- и наноструктур в условиях непрерывного бомбардирования поверхности ионами Ar во время профилирования кристаллов по глубине. Показано, что это не препятствует надлежащей оценке состава исследуемых объектов путем анализа состава распыленной фазы, если распыление проводить не менее 5-10 минут.