电子与碳、硅和锗的四甲基衍生物之间的相互作用

《Radiation Physics and Chemistry》：Interaction of electrons with tetramethyl derivatives of carbon, silicon, and germanium

电子轰击四甲基化合物（C, Si, Ge）的弹性、电离及总散射截面计算，采用球面复光学势（SCOP）与复散射势电离贡献（CSP-ic）方法，覆盖10-5000 eV能量范围，填补现有研究在广域能量下的空白，为半导体工业应用提供理论支持。

　　

Neha Barad|Ashok Chaudhari|Harshad Bhutadia|Chetan Limbachiya

印度瓦多达拉的M.S.大学，邮编390001

摘要

在这项研究中，我们通过计算四甲基化合物（X(CH₃)₄，其中X = C、Si、Ge）的相应截面，量化了电子驱动的分子过程。我们报告了在10 eV至5000 eV的撞击能量范围内，弹性（$$）、电离（$$）和总（$$）截面的结果。不同分子过程的概率是通过量子力学计算得出的。球形复合光学势方法用于计算$$和$$，而复合散射势-电离贡献方法用于计算$$。这些分子在工业上具有重要意义，尤其在半导体行业中很有用。

引言

通过量化入射粒子与分子相互作用时发生的分子过程，可以理解物质和反物质的基本性质[1]。这些相互作用提供了截面数据，这在各个科学领域都非常有价值。此外，对含有碳（C）、硅（Si）和锗（Ge）原子的不同化合物进行电子散射研究，在半导体行业中具有重要意义[2]、[3]。

在本研究中，我们旨在探索四甲基化合物（X(CH₃)₄（X = C、Si、Ge）的电子诱导散射截面。这些分子具有四面体结构，中心有一个较重的原子（C、Si或Ge），如图1所示。C(CH₃)₄是一种高度分支的碳氢化合物，而其他两种化合物常被用作薄膜沉积的前体[4]、[5]。特别是Si(CH₃)₄在工业应用中非常重要，它广泛应用于等离子辅助沉积[6]、[7]和等离子聚合过程[8]、[9]、[10]。

现有文献中有很多关于这些分子碰撞截面数据的研究。Stefanowska-Tur等人[11]使用线性电子传输（LET）方法在0.5 eV至300 eV的短能量范围内实验测量了四甲基化合物X(CH₃)₄的总截面（TCS）。Stefanowska-Tur等人[11]还分别使用二元相遇贝特（BEB）模型和加法规则（AR）评估了中等至高撞击能量的电离截面（ECS）和积分弹性截面（ECS）。在低能量区域，Randi等人[4]采用施温格多通道方法计算了X(CH₃)₄的积分ECS。

对于C(CH₃)₄，Lampe等人[12]和Harrison等人[13]使用质谱仪在75 eV时测量了其电离截面（ICS），Schram等人[14]在0.6 eV至12 keV的能量范围内使用了冷凝技术也得到了该截面。Tomer等人[15]也利用光学势方法计算了TCS、ECS和ICS。

对于Si(CH₃)₄，McGinnis等人[16]使用傅里叶变换质谱（FTMS）测量了从电离能量到70 eV的ICS。Ali等人[17]和Bharadvaja等人[18]分别使用BEB方法在10 eV至1000 eV和5000 eV的电离阈值范围内计算了ICS。此外，Bharadvaja等人[18]还使用复合势方法计算了ECS和TCS。Joshipure等人[19]采用了半经验方法计算了10 eV至2000 eV范围内的ICS。同样，Basner等人[20]使用质谱技术研究了10 eV至100 eV中间能量范围内Si(CH₃)₄分子的电离。在更高能量（100–1000 eV）范围内，Sugohara等人[21]使用分子束散射实验报告了积分ECS，并从理论上使用AR方法和独立原子模型（IAM）评估了ECS[21]。表1总结了所选化合物的相关性质。从上述文献综述中可以看出，大多数现有研究没有涵盖除电离之外的更宽能量范围。为了填补这一空白，我们进行了从10 eV到5000 eV的广泛能量范围的全面分析。

在这里，我们旨在通过使用两种方法计算这些化合物的相应截面来量化弹性和电离通道的概率：球形复合光学势（SCOP）[24]、[25]理论和复合散射势-电离贡献（CSP-ic）[26]、[27]模型。

部分内容

理论方法

本研究的目的是量化四甲基分子X(CH₃)₄（X = C、Si、Ge）的电子撞击分子过程。我们采用量子力学形式主义来确定总（$$）、弹性（$$）和电离（$$）截面。我们在以下小节中简要讨论了理论方法。

结果与讨论

本节报告了四甲基化合物X(CH₃)₄（X = C、Si、Ge）在电子撞击下的弹性（$$）、电离（$$）和总（$$）截面数据。我们在不同小节中讨论并展示了这些分子的结果。

结论

本研究探讨了四甲基化合物（如四甲基甲烷、四甲基硅烷和四甲基锗）的电子撞击截面，这些化合物在半导体行业中非常重要。这些化合物被用作薄膜沉积和等离子辅助沉积过程的前体。通过单一量子力学形式主义，在10 eV至5000 eV的宽能量范围内量化了弹性和电离通道。这些分子至关重要，

作者贡献声明

Chetan Devchandbhai Limbachiya：撰写——审稿与编辑、验证、监督。Neha Barad：撰写——初稿、方法论、研究、数据管理、概念化。Ashok Chaudhari：撰写——初稿、方法论、形式分析。Harshad Bhutadia：验证、监督、形式分析

利益冲突声明

不存在利益冲突。