Моделирование распыления твердых тел на основе приближений стационарного поверхностного поля и многочастичного динамического взаимодействия

• Автор: Ананьева, Нина Геннадьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 97 с. : ил.

Оглавление.
ВВЕДЕНИЕ.
Роль поверхностного потенциального поля монокристалла в фокусировке атомов, распыленных с поверхности монокристалла

1. Модели фокусировки эмитированных атомов.

1.1.1. Исторический обзор.

1.1.2. Сравнение теоретических и экспериментальных данных о положении пятен Венера

1.1.3. Различные подходы к учету влияния поверхностного поля на процесс распыления

2. Расчет конфигурации поля у поверхности грани 1 монокристалла 1.

1.2.1. Модель расчета.

1.2.2. Анализ конфигурации эквипотенциалей

3. Расчеты эмиссии атомов с поверхности грани 1 монокристалла Ы1 в направлениях, близких к нормали к поверхности
1.3.1. Модель расчета.
1.3.2. Результаты расчетов
1.3.2.1. Дефокусировка эмитированных атомов от нормали к
поверхности
1.3.2.2 Влияние магнитного фазового перехода на направление движения эмитированных атомов.
4. Сравнение статической и динамической моделей эмиссии
атомов из узла кристаллической решетки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ГЛАВА
Расчет вероятности отражения электронных и атомных потоков от поверхностного потенциального барьера
1. Обзор литературы
2.1.1. Области применимости классической и квантовой механики.
2.1.2. Использование квантовомеханических теорий при описании эмиссии электронов и ионов
2. Выбор вида потенциального поля на границе твердое тело
вакуум.
3. Постановка задачи
4. Анализ коэффициента прохождения через барьер для частных случаев.
5. Осцилляции коэффициента отражения электронных потоков
и атомов за счет поверхностного потенциального поля
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Распыление двухкомпонентных мишеней
1. Обзор литературы
3.1.1. Основные теоретические формулы для оценки преимущественного распыления.
3.1.2. Обзор экспериментальных результатов. Роль соотношения масс и энергий связи атомов компонент мишени в преимущественном распылении
3.1.3. Влияние на преимущественное распыление характеристик бомбардирующих ионов экспериментальные данные

3.1.4. Обзор результатов моделирования.
3.1.5. Распыление изотопов и виртуальные модели распыления.
3.1.6. Влияние пространственной структуры мишени на преимущественное распыление.
2. Алгоритм моделирования многочастичного взаимодействия 3. Моделирование распыления тыльной поверхности ультратонкой пленки виртуальных кристаллов ванадия и кремния со структурой С.
3.3.1. Модель расчета
3.3.2. Прохождение ионов криптона через пленки.
3.3.3. Распыление атомов компонент тыльной поверхности мишени
4. Распыление монокристаллического и аморфного дисилицида ванадия.
3.4.1. Постановка задачи.
3.4.2. Модель расчета
3.4.3. Коэффициенты распыления атомов компонент
3.4.4. Энергетические спектры распыленных атомов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Распыление твердых тел под действием ионной бомбардировки можно рассматривать как классическую задачу взаимодействия многих тел. Теоретические модели, основанные на различных приближениях, применимы только для очень ограниченного круга вопросов. Многие формулы, используемые на практике, получены из эмпирических закономерностей. За последние лет было разработано свыше моделей ионного распыления см. Основная часть этих работ направлена на практическое применение распылительных методик в основных приложениях. Анализ исследований закономерностей ионного распыления твердых веществ показал, что в настоящее время известно свыше параметров и условий проведения процесса распыления поверхности твердых тел под действием ионной бомбардировки, от которых зависит значение коэффициента распыления заряд, масса, энергия, угол падения и доза бомбардирующих ионов, масса и энергия связи атомов мишени, ее температура и т. Настоящая работа посвящена исследованию влияния кристаллической структуры на характеристики распыления. Ввиду сложности и взаимосвязанности процессов, происходящих при взаимодействии атомных частиц с твердым телом, и учитывая необходимость уточнения моделей и аналитических теорий распыления, широко используется метод компьютерного моделирования процессов распыления твердых тел ионной бомI бардировкой 9, . Все работы по моделированию распыления можно условно разделить на две фуппы в соответствии с тем, какая из моделей взаимодействия атомов в них используется. В модели бинарных взаимодействий учитывается взаимодействие движущейся частицы только с одним ближайшим атомом мишени в каждый момент времени. Эта модель взаимодействия применяется чаще для расчета распыления изотропной среды. Она требует значительно меньше времени счета на компьютерах, но, для медленных частиц, траектории и результаты распыления могут значительно отличаться от реальных . Модель многочастичной динамики использует более реалистичные физические приближения. Математически она сводится к решению системы из 6Ы дифференциальных уравнений первого порядка Ы число частиц в системе. Сделать это можно численными методами. Основным недостатком этой модели являются затраты большого машинного времени, и как следствие этого, ограничение блока атомов мишени и статистики падающих ионов и распыленных атомов. Основы метода многочастичной динамики, который впоследствии был назван методом молекулярной динамики, были разработаны еще в начале х годов , . Но и в настоящее время этот метод широко применяется для моделирования не только распыления, но и в других областях исследований . Ионные пучки нашли разнообразное применение в научных исследованиях и практических целях. Они используются в массспектрометрах, ускорителях заряженных частиц, сепараторах изотопов, для получения всевозможных пленок и слоев, соединений, многослойных покрытий магнитогидродинамических генераторах электрической энергии в технологических установках для изготовления микронных и субмикронных полупроводниковых интегральных схем в установках для очистки поверхностей от загрязнений в плазменных реакторах и печах термоядерных установках электрореакгивных космических двигателях. В настоящее время разработаны научные и технические основы для реализации этих процессов в промышленных масштабах, что осуществлено в микроэлектронной, электронной, электровакуумной и оптической отраслях промышленности. С другой стороны, процесс распыления вызывает множество нежелательных последствий. Он сокращает срок службы рабочих элементов в электровакуумных лампах, приборах газоразрядных приборах, ускорителях заряженных частиц, термоядерных установках. Распыленные частицы загрязняют высокотемпературную плазму, быстро ее охлаждают, прекращая реакцию термоядерного синтеза. Вследствие удаления поверхностного слоя мишени процесс распыления ограничивает концентрацию внедряемых в металлы, диэлектрики и полупроводники легирующих примесей, улучшающих физикохимические и эксплуатационные свойства изделий и деталей машин. Широкое промышленное и научное применение процесса распыления требует дальнейшего развития понимания этого процесса, теорий распыления.