Измерение толщины тонких плёнок кобальта и железа методом рентгеновской рефлектометрии

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 (GA) и алгоритм Левенберга-Марквардта, которые были выбраны из-за их оптимальности в плане соотношения точности и количества итераций. Аппроксимация данных производилась в программе XRR, что позволило детально проанализировать структурные характеристики исследуемых образцов.

Рис .1. Кривые рефлектометри, полученные на установке ДРОН-8

Как видно из рисунка 2, на кривой рефлек-тометрии для пленки CoO толщиной 10 нм наблюдается небольшое количество осцилляций. 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 CoO 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, направленного на измерение и моделирование рефлектометрических кривых для тонких пленок кобальта и железа, была подтверждена эффективность разработанной методики. Данная методика позволяет точно определить параметры толщины и шероховатости, опти- мизируя соответствие экспериментальным данным и теоретическим моделям. В частности, для пленки CoO с номинальной толщиной 10 нм фактическая толщина составила 12,98 нм при шероховатости 3,79 нм. Пленка

CoO толщиной 25 нм показала точное соответствие заявленной толщине с шероховатостью 4,8 нм. Пленка FeO, изначально предполагавшаяся толщиной 35 нм, имела фактическую толщину 34,95 нм и шероховатость 2,07 нм. Эти результаты подчеркивают важность использования рентгеновской рефлек- тометрии для точного контроля параметров тонких пленок. Полученные данные можно использовать для улучшения технологий изготовления тонких пленок.