Механизм зарядки диэлектрических мишеней при облучении электронными пучками с энергией 1 - 50 кэВ

• Автор: Евстафьева, Екатерина Николаевна
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 121 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ЗАРЯДКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МИШЕНЕЙ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ

ОБЛУЧЕНИИ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

§1.1. Общепринятый подход к описанию зарядки непроводящих

мишеней на основе зависимости коэффициента эмиссии

электронов от энергии первичных электронов

§1.2. Основные положения образования двухслойного

заряда диэлектрика

§1.3. Модель самосогласующегося переноса зарядов в облучаемом

электронами диэлектрике
§1.4. Модельное описание процессов радиационной электризации
диэлектрических компонент в космическом аппарате
§1.5. Электроразрядные явления при объемном заряжении диэлектрика
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ МЕХАНИЗМОВ ЗАРЯДКИ ДИЭЛЕКТРИКОВ
ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ СРЕДНИХ ЭНЕРГИЙ
§ 2. 1. Основные ограничения, несоответствия и нерешенные вопросы в
теоретических и экспериментальных результатах предыдущих
исследований зарядки диэлектрических мишеней
§ 2. 2. Качественная картина и количественные рассмотрения
процессов зарядки диэлектриков при электронном облучении
§ 2. 3. Кинетика и постоянные времени зарядки диэлектриков
§ 2. 4 Дипольная модель подавления вторичной эмиссии электронов
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
§3.1. Методика измерений и схема эксперимента
§ 3. 2 Электронная эмиссия и зарядка природного алмаза при его
облучении электронами средних энергий
§ 3. 3. Зарядка диэлектрических полимерных пленок, слюды,
защитных стекол

§ 3. 4. Влияние электронного облучения на характеристики
МОП-структур микроэлектроники
§3.5. Зарядка массивных неорганических диэлектриков: окислов, щелочногалоидных кристаллов, керамики
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Вторично-электронная эмиссия из диэлектрических мишеней и сопутствующий ей эффект зарядки под воздействием электронного облучения изучается в течение многих лет, однако ряд аспектов этого сложного, многогранного явления все еще не до конца понятен и требует дальнейшего исследования. Необходимость, такого исследования диктуется тем, что изучение процесса зарядки диэлектриков имеет не только научное, но и большое практическое значение, например для аналитических электронно-зондовых методов исследований, электронной литографии, космической техники и во многих других современных технологиях. Вместе с тем локальная зарядка диэлектрических сред является положительным фактором в некоторых прикладных технологиях - при создании автоэмиттеров, в запоминающих электронно-лучевых трубках, при разработке элементов памяти и накопителей энергии в электретах. В связи с этим понятен интерес к изучению фундаментального явления зарядки как с точки зрения физики явления, так и с практической прикладной стороны.
Многогранность явления зарядки диэлектрических мишеней обусловлена целым рядом причин, а механизмы процесса зарядки в большинстве своем взаимодополняемы и взаимозависимы. Например, в электронно-зондовых исследованиях непроводящих образцов (диэлектрические структуры, полимеры, керамика, биологические препараты) встречаются значительные трудности при обработке и интерпретации результатов. Зарядке диэлектриков при электронном облучении сопутствуют следующие процессы: эмиссия электронов в вакуум, аккумуляция части зарядов на глубоких центрах захвата, возможная поляризация молекул, электронно-дырочная генерация и рекомбинация носителей зарядов, их дрейф и диффузия, образования сильных приповерхностных электрических полей и потенциалов. Степень проявления этих эффектов зависит от дозы электронного облучения, от состава мишени, её диэлектрической проницаемости, удельной проводимости. При электронном облучении диэлектриков следует также учитывать внутренний баланс токов электронов и дырок, их саморегулирующуюся динамику, приводящую к формированию слоев противоположного заряда в облучаемом объеме в различные моменты времени радиационного воздействия. В сканирующей электронной микроскопии это приводит к дефокусировке и искажениям изображений, в рентгеновском микроанализе - к сдвигу границы тормозного излучения из-за уменьшения энергии бомбардирующих электронов. Последнее обстоятельство может вызвать потери сравнительно высокоэнергетических характеристических рентгеновских пиков, соответствующих определенным элементам состава вещества. В Оже-

§ 1 .4. Модельное описание процессов радиационной электризации диэлектрических компонент в космическом аппарате
Зарядка диэлектрических объектов в космосе имеет свою специфику, основные моменты которой рассмотрены в этом параграфе.
В результате взаимодействия космического аппарата (КА) с окружающей многокомпонентной космической средой на его поверхности образуется электрический заряд, знак и величина которого определяется соотношением первичных токов электронов и ионов космической плазмы и вторично-эмиссионных токов с поверхности КА, включая ток фотоэлектронной эмиссии, вызываемой солнечным излучением и потоков заряженных частиц высокой энергии [20, 21, 22]. Образование электрического заряда на КА, влечет за собой появление разности потенциалов между его поверхностью и окружающей плазмой. В окрестности КА возникает электрическое поле, оказывающее влияние на движение первичных и вторичных заряженных частиц. Равновесный (установившийся) потенциал КА относительно невозмущенной окружающей космической плазмы определяется условием баланса токов на поверхности, т.е. условием равенства нулю полного тока, текущего через поверхность КА. Реальный КА представляет собой сложную конструкцию с неоднородной структурой и большим количеством диэлекфических материалов, как на внешней поверхности, так и во внутренних отсеках. В этой связи потенциалы отдельных участков поверхности и элементов конструкции могут быть различными из-за отличия условий попадания потоков первичных частиц на эти участки и условий их освещения, а также из-за отличия эмиссионных свойств материалов поверхности. Происходит так называемое «дифференциальное» заряжение КА, при котором между отдельными участками непроводящей поверхности возникают разности потенциалов.
При рассмотрении электризации поверхности КА обычно принимают во внимание вторично-эмиссионные процессы трех видов: выбивание вторичных электронов с поверхности падающими на нее электронами окружающей космической плазмы, ионами плазмы и имеющими достаточно высокую энергию квантами солнечного электромагнитного излучения (преимущественно в УФ-области солнечного спектра) [21, 23].
Физический механизм заряжения КА в космической плазме можно оценить и проиллюстрировать, записав уравнение для полного тока, текущего через поверхность КА, в следующем виде [22, 23]:
J — Je Jj (б./, П'А' + у-/,- +
(1.25)