Эмиссия нейтральных и заряженных кластеров при ионном распылении металла

• Автор: Кочкин, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Архангельск
• Количество страниц: 100 с. : ил.

Глава I. Обзор
1.1. Теория распыления в виде одиночных атомов
1.2. Метод молекулярной динамики для расчета
вылета распыленных кластеров
1.3. Теория ионного распыления в виде больших кластеров
1.3.1. Модель распыления
1.3.2. Модель формирования зарядового состава
Глава II. Энергии кластеров при ионном распылении металла
2.1. Потенциал и конечная волновая функция центра масс блока
2.2. Вычисление матричного элемента и усреднение вероятности
2.3. Нормировка высокоэнергетической части спектра
2.4. Высокоэнергетическая часть спектра нейтральных и
заряженных кластеров
Глава III. Энергетические спектры и температурные распределения
кластеров при ионном распылении металла
3.1. Высокоэнергетическая и низкоэнергетическая части энергетического спектра кластеров
3.2. Сшивка высокоэнергетической и низкоэнергетической
частей спектра кластеров
3.3. Зарядовый состав и температурные распределения распыленных кластеров
Глава IV. Средний импульс д
4.1. Вычисление среднего импульса д
4.2. Полные выходы нейтральных и заряженных кластеров
Заключение
Библиография
Актуальность темы исследования. Распыление поверхности твердых тел под действием их бомбардировки атомными частицами (см., например, [1-15] и приведённые там ссылки) имеет широкое применение как в фундаментальных физических исследованиях, так и в различных современных технологических процессах. Распыление используют для получения атомно-чистых поверхностей и микрообработки материалов, напыления высококачественных тонких пленок на почти любые подложки, выполнения поверхностного и послойного микроанализа, диагностики поверхностей. Распыление лежит в основе ионно-плазменных способов травления материалов, ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки поверхностей. Этот процесс применяют для травления структур в микро- и наноэлектронике, он играет важную роль в космическом материаловедении, в акустооптической технологии, представляет одну из важных проблем в экспериментах с высокотемпературной плазмой и при создании ядерных и термоядерных реакторов, а также консервации радиоактивных отходов.
Распыление твердого тела в виде кластеров также используется как в приложениях, так и фундаментальных исследованиях. Поскольку кластеры содержат в себе информацию о характеристиках состава микрообласти твердого тела, в которой формируется кластер, то с помощью анализа масс кластеров можно во многих случаях получать количественную информацию о стехиометрии и однородности мишени. Кластеры могут быть постионизованы с большей эффективностью, чем распыленные атомы, что делает этот метод более привлекательным с практической точки зрения. Более того, из заряженных кластеров можно получать частицы, которые трудно создать другим способом, например, кластеры, состоящие из десятков различных элементов металлов и сплавов. В ряде случаев кластеры изучаются с точки зрения интереса, который они сами представляют,
поскольку их строение, а, следовательно, и соответствующие свойства, постепенно изменяются от атомного до молекулярного и далее до твердого тела. В настоящее время изучение кластеров стимулируется в значительной степени потенциальной возможностью использования их в качестве катализаторов.
Успешное применение распыления либо его предотвращение в значительной мере определяется уровнем развития фундаментальных исследований этого явления. Фундаментальные аспекты связаны с разработкой физических механизмов распыления, которые, в свою очередь, отражают динамику развития каскадов столкновений в облучаемых мишенях с конкретной внутренней структурой. В последние годы усилия исследователей концентрируются на критическом анализе и обобщении обширного материала, накопленного при изучении распыления, рассмотрении прикладных аспектов и анализе взаимосвязей между технологическими применениями и развитием фундаментальных направлений в исследованиях распыления как экспериментальных, так и (хотя и менее развитых) теоретических, в том числе с использованием ЭВМ. Таким образом, вследствие того, что актуальность исследований определяется, прежде всего, современными тенденциями в наукоемких технологиях, нуждающихся в развитии фундаментальных исследований, актуальной задачей является развитие теории, основанной на простых физических предположениях, которая описывает процесс распыления твердого тела в виде кластеров под действием ионной бомбардировки, его основные характеристики и закономерности.
Цель работы состоит в теоретическом исследовании энергетических спектров, зарядового состава и полных выходов кластеров, а также температурных зависимостей процессов эмиссии кластеров при упругом ионном распылении металла. Развитие методов теоретического исследования, позволяющих проделать расчеты величин, характерных для физических механизмов исследуемого процесса.
кластеров с чрезвычайно высокими температурами -1 эВ. Кроме того, не ясны каналы формирования кластеров с отличающимися от плюс единицы зарядами, в том числе и отрицательно заряженных кластеров.
Тогда степень ионизации (34) будем определять так
1% = —, (35)
" IV»

означает просуммированное по всем возможным значениям () = 0,±1,±2,
значение . Коэффициент же ионизации, равный, согласно (33), отношению числа кластеров имеющих заряд £? к числу нейтральных кластеров (при заданном размере кластера Л''), будем определять следующим образом
ке- Ш (}6)
к"~¥г' ( '
О поведении коэффициента ионизации могут быть сделаны общие выводы [77]:
а) зарядовый состав изменяется с ростом температуры мишени, причем коэффициенты ионизации возрастают с ростом температуры;
б) чем больше заряды кластеров, тем реже они встречаются, например, число кластеров с зарядом 2, как правило, существенно меньше числа кластеров с зарядом 1;
в) кластеры большего размера ионизованы в большей степени, например,
^10 ^ ^5 И ^10 •>
г) важной особенностью является тенденция к насыщению коэффициентов ионизации с ростом размера кластеров.
Качественно такое же поведение отмечалось в экспериментах [74]. # Коэффициент ионизации, описывающий лишь заряженные кластеры, не