SIMS Analysis of Copper-Nickel Thin Films Alloys

Abstract

У статті наведено результати дослідження елементного та ізотопного складу плівок сплавів на основі Cu і Ni методом вторинно-іонного мас-спектрометричного аналізу (вторинно-іонний масспектрометр МС-7201 М). Плівки сплавів товщинами до 130 нм були отримані на скляних полірованих підкладках з попередньо нанесеним буферним шаром Al одночасним роздільним випаровуванням компонент у вакуумі 10-4 Па. Мідь випаровувалася зі стрічки з вольфрамової фольги товщиною 0,05 мм. Нікель випаровувався електронно-променевим способом за допомогою електронної діодної гармати. Швидкість конденсації становила 0,5-1,5 нм/с. Чистота випаровуваних металів становила щонайменше 99,98%. В якості зондууючих первинних іонів використовувалася іони Ar+ з енергією 5 кеВ. Результати якісного мас-спектрометричного аналізу вторинних іонів свідчать про високу чистоту плівок (відсутність гідридів, оксидів і карбідів Cu та Ni). Елементний склад плівок представлений ізотопами Ni58, Ni60 та Cu63, Cu65. Відношення ізотопних інтенсивностей складають INi 58/INi 60 = 2,6 та ICu 63/ICu 65 = 2,3, що відповідає природній поширеності ізотопів нікелю та міді. Відношення ізотопних інтенсивностей ICu 63/INi 58 практично не змінюється по всій товщині зразка. Було показано, що методом вторинно-іонної масспектрометрії можна проводити також і кількісний аналіз елементного складу плівкових сплавів.

The article presents the results of studying the elemental and isotopic composition of alloy films based on Cu and Ni films by the method of secondary ion mass spectrometric analysis (MS-7201 M secondary ion mass spectrometer). Films of alloys with a thickness of up to 130 nm were obtained on polished glass substrates with a pre-applied Al buffer layer by simultaneous separate evaporation of the components in a vacuum of 10 – 4 Pa. Copper was evaporated from a strip of tungsten foil with a thickness of 0.05 mm. Nickel was evaporated by the electron-beam method using an electron diode gun. The rate of condensation was 0.5-1.5 nm/s. The purity of evaporated metals was at least 99.98 %. Ar+ ions with an energy of 5 keV were used as probing primary ions. The results of qualitative mass spectrometric analysis of secondary ions indicate the high purity of the films (absence of hydrides, oxides and carbides of Cu and Ni). The elemental composition of the films is represented by isotopes Ni58, Ni60 and Cu63, Cu65. The ratios of isotopic intensities are INi 58/INi 60 = 2,6 and ICu 63/ICu 65 = 2,3, which corresponds to the natural distribution of nickel and copper isotopes. The ratio of isotopic intensities ICu 63/INi 58 practically does not change over the entire thickness of the sample. It was shown that the quantitative analysis of the elemental composition of film alloys can also be carried out by the method of secondary ion mass spectrometry.