Формирование ускоренных газовых кластерных ионов в импульсном режиме

• Автор: Ермаков, Юрий Анварович
• Шифр специальности: 01.04.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил.

Оглавление
1. Газовые кластерные ионы как новый инструментарий в физике поверхности и нанотехнологиях
1.1. Краткий исторический обзор
1.2 Физические принципы формирования пучков газовых
кластерных ионов
1.3. Основные уравнения, описывающие стационарные потоки
идеального газа
1.4. Звуковые и сверхзвуковые сопла
1.5. Механизмы формирования кластеров
1.6. Закон подобия Хагены
1.7. Аппаратура для исследования взаимодействия пучков кластерных ионов с поверхностью твердых тел
1.8. Ускорители газовых кластерных ионов
1.9. Система магнитной сепарации
1.10. Радиочастотный фильтр
1.11. Свойства пучков кластерных ионов
1.12. Взаимодействие кластерных ионов с твердым телом
1.13. Применение кластерных ионов в технологии
1.14. Сглаживание рельефа
1.15. Имплантация кластерных ионов
1.16. Напыление тонких пленок
1.17. Заключение обзора
2. Ускоритель газовых кластерных ионов и методы исследования пучка кластерных ионов
2.1. Общая схема ускорителя
2.2. Системы ускорителя
2.2.1. Система формирования кластерного потока
2.2.2 Система ионизации и ускорения
2.2.3. Рабочая камера ускорителя
2.3. Приборная стойка и электрические блоки ускорителя

3. Исследование параметров ускорителя газовых кластерных ионов и пучка кластерных ионов. Обсуждение результатов
3.1 Распределение давления в камерах установки при постоянной подаче рабочего газа
3.2 Распределение давления в камерах установки при импульсной подаче рабочего газа
3.3 Исследование тока пучка в импульсном режиме работы ускорителя
3.4 Анализ состава кластерного пучка
3.4.1 Анализ состава кластерного пучка с помощью системы магнитной масс-сепарации
3.4.2 Анализ состава кластерного пучка с помощью времяпролетной системы
Заключение
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Взаимодействие ускоренных атомных или молекулярных ионов с поверхностью твердых тел активно исследуется во многих лабораториях и научных центрах нашей страны и за рубежом. Этот интерес обусловлен громадной ролью, которую процессы, сопровождающие взаимодействие ионов с веществом, играют в современной науке и технологии. Имплантация ионов и распыление поверхности под действием ионного облучения стали неотъемлемой частью технологии микроэлектроники. Пучки ионов успешно применялись для решения таких задач, как упрочнение материалов и защита от коррозии. Большие успехи достигнуты в области применения ионных пучков для диагностики состава и структуры материалов и т.д.
В последние полтора десятилетия в этой области быстро развивалось новое направление: исследование взаимодействия кластерных ионов с поверхностью твердых тел.
Кластер представляет собой ансамбль, содержащий от нескольких единиц до нескольких десятков тысяч атомов или молекул. Такие образования могут существовать в вакууме в виде отдельных частиц или их пучков. Изучение свойств кластеров, их взаимодействия с различными частицами, излучениями и веществом переживает в последние годы относительный бум. Об этом свидетельствует резкое увеличение числа публикаций как обзорных, так и посвящённых частным проблемам. Опубликованы, например, обзоры по изучению свойств кластеров [1-2], по экстремальным процессам в кластерах при столкновении с твердой

глубина проникновения бомбардирующих атомов в твердое тело очень мала. Плотность энергии, выделяемая при взаимодействии кластера с твердым телом, определяется, по сути, латеральным размером кластера и глубиной проникновения атомов. Размер каскада, образующегося при облучении мишени мономерами с такой же начальной энергией, как и кластер, существенно меньше области взаимодействия кластера с твердым телом. Поэтому при ударе кластера вблизи поверхности выделяется значительно более высокая энергия, чем та, которая выделяется при бомбардировке ионами мономеров. Молекулярно-динамические (МД) расчеты взаимодействия кластерного иона Аг34э с энергией 50 кэВ с 31 показали, что через 362 фс у поверхности формируется плоская ударная волна [62]. Температура на фронте волны может достигать от 104 до 105 К, а давление - нескольких Мбар. Наличие таких ударных волн, как отмечают авторы работы [63], могут приводить к новым физическим явлениям, которые не наблюдались при бомбардировке твердых тел ионами мономеров.
Важное место в изучении фундаментальных аспектов взаимодействия кластерных ионов занимали исследования топографии, возникающей на поверхности облучаемых материалов вследствие распыления. В ряде работ изучалось взаимодействие отдельных кластеров с поверхностью различных материалов. Было обнаружено, что при ударе кластера Аг30оо с энергией 150 кэВ на поверхности Аи образуется кратер диаметром 30 нм [64]. Облучение кластерными ионами Агм больших размеров (Ы = 500-10000) с энергией 20 кэВ также приводило к образованию на поверхности пленки ЭЮг ямок глубиной ~4 нм и диаметром ~10 нм (см. рис.1.19,а), в то время как на поверхности облученной кремниевой пластины наблюдались холмы высотой ~4 нм и