Процессы электронного обмена при рассеянии атомных частиц на тонких пленках и вторичной ионной эмиссии

• Автор: Усман, Екатерина Юрьевна
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 107 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА ПЕРВАЯ Литературный обзор
1.1. Влияние локального разогрева электронной подсистемы на процесс вторичной ионной эмиссии
1.1.1. Основные модели вторичной ионной эмиссии
Основные характеристики ВИЭ
Модель электронного туннелирования
Модель Шроубека
Объединенная модель
1.1.2. Роль электронной температуры в теории ВИЭ
Понятие локальной электронной температуры
Применимость понятия электронной температуры
Электронная температура в каскаде столкновений
1.2. Процесс перезарядки при взаимодействии атомной частицы с поверхностью твердого тела
1.2.1. Резонансный электронный обмен
1.2.2. Модельные потенциал ы
Модель свободных электронов в металле
Потенциал пленки
Потенциал иона водорода И’
1.2.3. Описание метода распространения волновых пакетов (WPP)
1.2.4. Влияние параллельной поверхности составляющей скорости атомной частицы на процесс перезарядки
ГЛАВА ВТОРАЯ Динамика электронной температуры в каскаде столкновений
2.1. Разогрев электронной подсистемы
2.1.1. Эволюция каскада столкновений
2.1.2. Уравнение баланса энергии для электронной подсистемы
2.1.3. Энергообмен между электронной и фононной подсистемами
2.1.4. Неравновесное распределение фононов
2.1.5. Нагрев электронной подсистемы
2.2. Динамика температуры электронной подсистемы
2.2.1. Решение уравнения баланса энергии
2.2.2. Динамика электронной температуры
2.3. Влияние поведения электронной температуры на формирование вторичных ионов
2.3.1. Зависимость вероятности ионизации вторичных частиц от динамики электронной температуры
2.3.2. Влияние динамики электронной температуры на энергетический спектр вторичных частиц
2.4. Температура электронной подсистемы твердого тела при бомбардировке поверхности двухатомными молекулами
2.4.1. Расчет параметров каскада
2.4.2. Вероятность ионизации вторичных частиц

ГЛАВА ТРЕТЬЯ Особенности электронного обмена меяаду ионом водорода Н' и тонкой металлической пленкой
3.1. Перезарядка иона Н‘ на тонкой алюминиевой пленке при фиксированном расстоянии до поверхности
3.1.1. Применение метода \ЛРР
3.1.2. Качественное рассмотрение квантово-размерного эффекта
3.1.3. Поведение энергии и ширины уровня иона у поверхности пленки (ширины 3 МЬ и 11 МЬ)
3.1.4. Предельный случай толстых пленок
3.2. Изучение электронного обмена иона Н' с тонкой пленкой в динамическом случае
3.2.1. Вероятность выживания иона Н' при его столкновении с поверхностью тонкой пленки
3.2.2. Эффективная ширина уровня иона
3.2.3. Обсуждение различных масштабов времени в задаче перезарядки с тонкой пленкой
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ Влияние параллельной составляющей скорости на электронный обмен при скользящем рассеянии ионов водорода Н~ на тонкой пленке А
4.1. Заселенность состояний тонкой пленки
4.2. Учет влияния параллельной поверхности составляющей скорости атома на формирование ионов Н‘
ВЫВОДЫ
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
В последние годы наблюдается большой интерес к исследованию процессов, происходящих при взаимодействии атомных и молекулярных частиц с поверхностью твердого тела. Этот интерес объясняется широким применением этих процессов в различных областях науки и техники. Формирование зарядового состояния рассеянных или распыленных с поверхности частиц является предметом многих исследований. Это обусловлено прежде всего тем, что зарядовое состояние отлетающей частицы содержит информацию как о составе и структуре, так и об электронных свойствах поверхности. Кроме того, процесс электронного обмена является определяющим для многих явлений, происходящих на поверхности при вторичной ионной эмиссии, рассеянии, десорбции, катализе, модификации поверхности. Благодаря этому исследование процесса формирования зарядового состояния частицы у поверхности твердого тела имеет помимо чисто научной ценности большое прикладное значение.
Однако, несмотря на большое внимание к этой проблеме, имеется ряд важных вопросов, не получивших до настоящего времени адекватного теоретического описания. Например, современное понимание механизмов формирования вторичных ионов при ионном облучении различных материалов является еще далеко не полным, некоторые закономерности вторичной ионной эмиссии (ВИЭ) остаются необъясненными. Одним из наиболее важных, но неясных является вопрос о локальном состоянии поверхности в области эмиссии вторичного иона. Маленькое характерное время эмиссии (порядка 10'13 сек) затрудняет прямые экспериментальные исследования области распыления, поэтому очень важным является развитие соответствующей теории. Для теоретического описания ВИЭ нужны определенные приближения, касающиеся электронных свойств возмущенной области твердого тела, из которой происходит эмиссия. В последнее время активно исследуется возбуждение электронной подсистемы в

атомного уровня - его энергию и ширину. Можно также прямо исследовать динамику процесса резонансного переноса заряда, прослеживая эволюцию волнового пакета при движении атома над поверхностью. При использовании других методов для описания динамики столкновения приходится, как правило, прибегать к различным приближениям. Метод WPP дает точное решение динамической задачи, не используя при этом никаких приближений. Еще одно преимущество метода WPP - это его наглядность: можно непосредственно посмотреть на волновой пакет в различные моменты времени в течение его эволюции и таким образом получить картину эволюции. Благодаря своим преимуществам метод распространения волновых пакетов был успешно использован при описании целого ряда различных физических процессов [42, 55-60].
Суть метода распространения волновых пакетов состоит в изучении изменения во времени волнового пакета электрона, участвующего в резонансном переносе заряда. Предполагается, что эволюция волнового пакета происходит в потенциале, который является суперпозицией потенциалов атомного остова Ve.jj (1.13) и поверхности K-surf (1-11), если рассматривается полу бесконечный металл, или (1.12) для пленки. Зависящая от времени электронная волновая функция У(г,0 является решением нестационарного уравнения Шредингера
>• = [т + Ve-H (О + Ve-surf (z)h'(r, О. (1.14)
Начальная электронная волновая функция ^(г,0) берется равной *Ра(г), собственной функции потенциала атомного остова. Процесс распространения
электронной волновой функции с течением времени описывается посредством
оператора эволюции U(At)
¥(г, t + At) = U (А/)Ч^(г, 0, (1.15а)

U (At) = exp(-ztfДО. (1.156)
Здесь Н - гамильтониан системы.
В статическом случае (фиксированное расстояние между ионом и поверхностью) гамильтониан не зависит от времени. В динамическом случае он становится зависимым от времени через временную зависимость потенциалов