高分解能 ERDA の入射角 / 出射角と深さ分解能

表 5-1 シミュレーションした測定条件と深さ 5 nm における深さ分解能

入射イオン種 入射エネルギー

(keV) 散乱角 入射角

（対表面）

出射角 (対表面)

深さ分解能

（nm）

20° 5° 1.7

15° 10° 3.0

10° 15° 2.9

He 400 25°

5° 20° 2.1

25° 5° 3.7

20° 10° 6.5

15° 15° 6.9

10° 20° 6.1

Ar 320 30°

5° 25° 4.6

0.E+00 1.E-03 2.E-03 3.E-03 4.E-03 5.E-03 6.E-03

210 220 230 240 250 260

Energy (keV)

Yie ld

20in 5out 15in 10out 10in 15out

5in 20out

B

図5-9 Si中の深さ5 nmの位置に厚さ0.1 nmの平坦なホウ素層が存在するモデルについて、

モンテカルロシミュレーションコードCORTEOにより計算した¹¹B⁺のHeプローブERDAスペクト ル。 入射イオンは400 keVのHe⁺、反跳角は25°。入射角と出射角の組合せは図中に示すよう に5°きざみで変えた。図5-10に示すArプローブERDAよりもピークが対称形に近い。

0 1 2 3 4

100 110 120 130 140 150 160 170

Energy (keV)

Yie ld

25in 5out 20in 10out 15in 15out 10in 20out 5in 25out

11

B

図5-10 Si中の深さ5 nmの位置に厚さ0.1 nmの平坦なホウ素層が存在するモデルについて、

モンテカルロシミュレーションコードCORTEOにより計算した¹¹B⁺のArプローブERDAスペクト ル。 入射イオンは320 keVのAr、反跳角は30°。入射角と出射角の組合せは図中に示すよう に 5°きざみで変えた。いずれの条件においても低エネルギー側にテールが伸びており、ピーク の形が非対称となっている。入射角もしくは散乱角が 5°以外の条件では、表面から反跳される よりも高いエネルギーで B⁺イオンが検出されている。

5.4.6 反跳ホウ素イオンの荷電状態分布

ホウ素を定量するためには、反跳されたホウ素イオンの荷電状態分布の情報が必要と

なる。Zaidins[18]によって半経験式を用いて見積もられた平衡荷電状態分布を図 5-11に

示す。1価のホウ素イオンの割合は200 keVから400 keVの間では支配的でほぼ一定の 値を示しているが200 keV以下のエネルギーでは急速に減少する。200 keV以下のエネ ルギー領域でのホウ素の荷電状態分布の実験値が報告されていないので、ホウ素をイオ ン注入した Si試料を用いて測定することを試みた。320 keV の Ar⁺ イオンビームを照射 し、30°の方向に反跳されたホウ素イオンを、検出器の前に 0.7 μmのマイラー膜を設置 した 90°磁場型分析器で測定した。各荷電状態B⁺, B²⁺, B³⁺のホウ素イオンのスペクトル を図 5-12に示す。これらのスペクトルの単位照射量あたりの面積強度比から計算した荷 電状態分布を図 5-11中にプロットした。反跳された中性のホウ素イオンは磁場型分析器 では測定できないので、B⁰と B⁺の比が Zaidinsの半経験式によって与えられる値に等し いとして B⁰の荷電状態分布を見積もった。図 5-11 に示すように測定された荷電状態分

布は Zaidinsの半経験式とよく一致した。このことはZaidinsの半経験式がこの低エネル

ギー領域においても信頼できることを示している。

0 0.2 0.4 0.6 0.8

50 150 250 350 450

ENERGY (keV)

CHARGE STATE FRACTIONS B⁰

B⁺

B²⁺

B³⁺

図5-11 Zaidinsの半経験式から計算したホウ素イオンの平衡荷電状態分布（線）。Arプローブ

ERDA 測定により得られた荷電状態分布B⁰ （○）, B⁺（●）, B²⁺（▲）, およびB³⁺（■）。

0 200 400 600

0 100 200 300 400 500

Chennel

Counts

0 100 200

0 100 200 300 400 500

Chennel

Counts

0 10 20 30 40

0 100 200 300 400 500

Channel

Counts

11

B

10

B

11

B

10

B

11

B

10

B

図 5-12 320 keVのArイオンを照射し、30°方向に反跳したB⁺、B²⁺、およびB³⁺イオンのスペク トル。Arイオンの照射量はいずれも100 nCである。