Эффекты многократного ионного рассеяния и их использование для диагностики твердых растворов

• Автор: Бабенко, Павел Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 142 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Г лава I. Обзор работ по исследованию рассеяния при бомбардировке поверхности твердого тела ионами кэВ-энергий
1.1. Рассеяние медленных ионов
1.1.1. Процессы, сопровождающие ионную бомбардировку
твердого тела
1.1.2. Кинематика столкновения иона с поверхностью
1 Л.З. Потенциалы взаимодействия
1 Л.4. Процессы перезарядки при рассеянии
1.1.5. Неупругие потери энергии
1.1.6. Эффект двукратного ионного рассеяния
Выводы и постановка задачи диссертационной работы
Глава II. Метод спектроскопии медленных рассеянных ионов (СМРИ)
2.1. Установка СПЕКТР-97 для СМРИ
2.1.1. Источник ионов,
2.1.2. Электростатический анализатор Юза-Рожанского
2.1.3. Цилиндрический анализатор с фокусировкой "кольцо-ось"
2.1.4. Детекторы заряженных частиц и приборы управления экспериментом
2.2. Настройка экспериментальной установки
2.2.1. Вакуумные условия проведения эксперимента и подготовка поверхности образцов
2.2.2. Оптическая и отклоняющая система ионного источника
2.2.3. Юстировка положения мишени
2.2.4. Процедура измерения энергетических спектров
Выводы и параметры экспериментальной установки
Глава III. Результаты измерений и их обсуждение
3.1. Экспериментальные данные измерений энергетических распределений частиц, эмитированных при ионной бомбардировке поверхности
3.1.1. Экспериментальные спектры в зависимости от угла наблюдения, сорта атомов мишени и энергии первичного пучка ионов
3.1.2. Результаты измерения неупругих потерь энергии
3.2. Исследование эффекта двукратного рассеяния для заряженных частиц
3.2.1. Исследование угловых зависимостей
3.2.2. Эффект двукратного рассеяния для различных мишеней и в зависимости от энергии бомбардирующих ионов
3.3. Эмиссия положительных и отрицательных ионов в результате трех- и четырехкратных столкновений в твердом теле
3.3.1. Обнаружение эмиссии ионов в результате трех- и четырехкратных столкновений
3.3.2. Исследование многократных столкновений для различных мишеней и в зависимости от первоначальной энергии пучка,
3.4. Применение эффекта двукратного рассеяния для определения доли кластеров атомов германия в твердых растворах 8ц.хОех
3.4.1. Применение СМРИ в случае малоуглового рассеяния
3.4.2. Демонстрация применимости метода
для анализа тонких пленок
3.4.3. Разработка спектроскопии обратно рассеянных ионов
Заключение
Список литературы

Введение
Актуальность работы:
Исследование взаимодействия ионов с поверхностью является одним из основных направлений физической электроники. В результате облучения поверхности ионами происходит множество процессов: распыление, рассеяние, эмиссия электронов и квантов, имплантация. В этом ряду изучение рассеяния весьма важно для выяснения закономерностей взаимодействия в системе ион-поверхность твердого тела, а также для развития методов элементного и структурного анализа.
Как известно, характерными особенностями энергетического спектра рассеянных частиц, являются пики однократного и двукратного рассеяния налетающего иона на атомах мишени и пик частиц отдачи. Большинство выполненных до настоящей работы исследований посвящено изучению однократного рассеяния и его применению для элементного анализа твердых тел. Этот вопрос разработан достаточно подробно, так как сигнал от однократно рассеянных частиц присутствует в спектре практически при любых условиях проведения эксперимента. Полученные в настоящей работе данные по однократному рассеянию медленных ионов полностью согласуются с результатами предшествующих исследований.
Эффект двукратного рассеяния изучен в меньшей степени. После предсказания и последующего экспериментального подтверждения эффекта двукратного рассеяния в 1965 году его исследованию было посвящено существенно меньшее количество работ, чем однократному рассеянию. Вклад частиц, испытавших двукратное рассеяние, проявляется в энергетических спектрах только при определенных условиях, которые зависят от энергии бомбардирующих частиц, ориентации и типа мишени, угла наблюдения. Вид спектра эмитированных частиц, испытавших двукратное рассеяние, существенно зависит от их зарядового состояния (атомы или ионы).

Задачу о вычислении удельных неупругих потерь энергии рассматривал Линдхард и Шарф [51]. Авторы исходили из статистической модели атома Томаса - Ферми и предложили формулу:
где £е«1ч-2, и0=с2/Ь, N - плотность атомов мишени, и - скорость налетающей частицы.
Базируясь на формуле Фирсова (1.21) для потерь энергии в элементарном акте столкновения можно получить выражение для удельных неупругих потерь энергии в виде:
Для того чтобы определить удельные потери энергии из формулы Оена-Робинсона (1.22) необходимо вычислить интеграл:
где р - прицельный параметр. На рис. 1.12 приведены удельные неупругие потери энергии вычисленные по формулам: Фирсова, Оеиа-Робинсона и Линдхарда-Шарфа для пары Аг-ве в предположении ЦБЛ-потенциала взаимодействия в зависимости от начальной энергии Е0. На этом же рисунке приведены данные расчета программы 8ШМ-2003 [52].
Выбор формулы для описания экспериментальных неупругих потерь определяется тем, насколько хорошо данная формула описывает конкретный эксперимент.
1.1.6. Эффект двукратного ионного рассеяния
При рассеянии ионов поверхностью многие из них имеют достаточно сложную траекторию вследствие взаимодействия с несколькими атомами. Простейший вариант многократного рассеяния - двукратное рассеяние на двух
(1.23)
(1.24)
(1.25)