Surface Potential Control on Thin Oxide Films with Respect to Electron Stimulated Desorption Studies

(Received 30 March 1995, accepted 19 June 1995)

Abstract
These experiments deal with the study of desorption of negative ions stimulated by low energy electron collisions on insulating surfaces covered with various adsorbates. For such investigation a careful control of the sample surface potential is required to set the incident electron energy accurately as well as to identify the desorbed species by mass spectrometry. Most of the reported experiments concern this surface potential control. We show that, for very thin SiO ₂ films thermally grown on silicon substrates, a tunnel conduction might set the surface potential accurately. This assertion mainly relies on recording the intensity of electrons transmitted through thin oxides as well as the intensity of backscattered and secondary electrons re-emitted from the surface. A direct comparison of the O ^- ion energy distributions confirms the correct control of the surface potential for a large range of incident electron energies. In such condition we noticed that the O ^- desorption yields just swiftly varied with incident electron energy. In particular no modification could be detected as the incident electron energy passed the various Auger excitation levels. The discrepancy between this last result and the published data is discussed in the last part of this paper.

Résumé
Des collisions électroniques sur des surfaces peuvent provoquer une éjection d'ions négatifs formés à partir des molécules adsorbées suivant un processus résonnant à très basse énergie. Pour étendre ces études expérimentales aux surfaces isolantes, un contrôle précis du potentiel superficiel devient indispensable tant pour fixer l'énergie finale des électrons sur la surface que pour effectuer la spectrométrie des ions désorbés. L'examen de surfaces de silice en couche mince montre comment une conduction tunnel intervient pour fixer le potentiel des surfaces examinées. Ces travaux expérimentaux effectués dans une configuration de miroir électrostatique reposent principalement sur l'enregistrement des variations de l'intensité des électrons transmis au travers de l'oxyde et de celle des électrons rétrodiffusés par la surface lorsque les potentiels appliqués sont modifiés. La comparaison des distributions énergétiques des ions O ^- émis par l'oxyde fournit un contrôle direct de ces résultats. Ces ions résultent d'une décomposition de la silice provoquée par le bombardement électronique. Mais notre montage n'a nullement permis de reproduire les variations rapides de rendement de "désorption" au voisinage des seuils d'excitation Auger du silicium rapportés par d'autres auteurs. A notre avis, différents artefacts expérimentaux ont très vraisemblablement perturbé leurs investigations.