Процессы формирования газовых кластерных ионов и их взаимодействия с поверхностью

• Автор: Иешкин, Алексей Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 с. : ил.

Содержание.
Содержание
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Принципы формирования пучка газовых кластерных ионов
1.1.1. Расширение газа через сверхзвуковое сипло
1.1.2. Экспериментальные исследования потока газа, выходящего из сота
1.1.3. Формирование потока ионизированных кластеров
1.2. Взаимодействие атомарных и кластерных ионов с поверхностью
1.2.1. Общие характеристики взаимодействия
1.2.2. Взаимодействие атомарных ионов с поверхностью
1.2.3. Взаимодействие кластерных ионов с поверхностью
1.3. Выводы по главе
Глава 2, Ускоритель газовых кластерных ионов: режим импульсной подачи газа
2.1. Описание экспериментальной установки
2.2. Системы анализа пучка
2.3. Особенности импульсного режима работы
2.4. Выводы по главе
Глава 3. Визуализация потока газа из сверхзвукового сопла
3.1. Постановка задачи
3.2. Методика эксперимента
3.3. Исследование истечения газа из сверхзвукового сопла
3.3.1. Кольцевой электрод
3.3.2. Плоские электроды
3.4. Выводы по главе
Глава 4. Угловые распределения атомов при распылении кластерными ионами
4.1 Постановка задачи
4.2 Методика эксперимента
4.3 Угловые распределения при распылении однокомпонентных мишеней
4.4. Угловые распределения при распылении многокомпонентных мишеней
4.5. Выводы по главе
Глава 5. Сглаживание рельефа поверхности при облучении кластерными ионами
5.1 Постановка задачи
5.2 Методика эксперимента

5.3 Результаты и обсуждение
4.5. Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Введение.
Актуальность исследований.
Интерес к процессам, определяющим взаимодействие ускоренных ионов с поверхностью твердого тела, обусловлен огромной ролью, которую пучки заряженных частиц играют в современных фундаментальных исследованиях и практических приложениях. В последние десятилетия особенно активно в этой области развивается направление, связанное с изучением кластерных ионов.
Кластер - это совокупность атомарных или молекулярных частиц, от нескольких единиц до нескольких десятков тысяч. В случае газовых кластеров (Агм, (N2) я, (СС^ц и т.д.) частицы удерживаться вместе Ван-дер-Ваальсовскими силами, энергия которых составляет порядка 10 мэВ. Эта величина гораздо меньше энергии связи атомов в кристаллах, что во многом определяет механизмы процессов при столкновении кластерного иона с поверхностью. Понятно, что взаимодействие ионизированного кластера с твердым телом коренным образом отличается от взаимодействия атомного иона при тех же условиях.
Прежде всего, при ударе кластера о поверхность одновременно взаимодействует большое количество атомов. Это делает неприменимой теорию парных столкновений Зигмунда, описывающую взаимодействие в случае атомарного иона.
На каждый из атомов ускоренного кластера приходится небольшая доля всей его энергии. Однако поскольку кластер, в отличие от мономера, не проникает вглубь кристалла, вся эта энергия выделяется локально в небольшом приповерхностном слое. Таким образом, при облучении поверхности кластерными ионами можно ожидать эффекты, не проявляющиеся в случае атомарных ионов.
Пучки заряженных кластеров уже нашли практическое применение для модификации свойств поверхности и её анализа. Так, они используются для

В модели ударных волн [58] рассматривается сферическая ударная волна, образованная атомами отдачи. Если скорость атомов отдачи превосходит скорость звука в среде, фронт каскада сжимает окружающее вещество в направлении от каскада. Такой процесс представляет собой распространение волны сжатия. Достигает поверхности, волна отражается от нее. Если давление при этом превосходит некоторое критическое значение, происходит разгрузка, которая и приводит к распылению. В рамках этой модели значение коэффициента распыления оказывается пропорциональным (Е^3/2.
На практике часто происходит распыление не однокомпонентных мишеней, а многокомпонентных. Основным эффектом в этом случае является селективное распыление, впервые наблюдавшееся Гиламом при распылении сплава С113А11 [59]. При селективном распылении вследствие различия масс и энергий связи преимущественно распыляется один из компонентов мишени. На поверхности образуется слой с составом, отличным от объемного. С увеличением дозы облучения количество этого компонента на поверхности уменьшается настолько, что при дальнейшем распылении состав удаленного вещества соответствует объемному составу мишени. Это означает достижение стационарного режима распыления. Отношение парциальных коэффициентов распыления определяется формулой [51]:
где С - объемная концентрация данного компонента, М- молярная масса, т -расчетный параметр.
Возникает вопрос, насколько состав распыленного вещества стехиометричен по углам вылета. Первые работы, выполненные при энергиях в несколько сотен эВ (режим первичного выбивания) [60-62], показали, что под углами, близкими к нормали, преимущественно распыляются более легкие элементы. Это объясняется тем, что получив энергию от налетающего иона,
(1.14)