Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 9
§ I.I. Эмиссия вторичных частиц при ионной бомбардировке металлов при полиморфном превращении (фазовый переход I рода) 9
1.1.1. Распыление при полиморфном превращении 9
1.1.2. Теоретические оценки коэффициентов распыления различных граней монокристалла 14
1.1.3. Распыление в области магнитного фазового перехода 20
§ 1.2. Влияние магнитного и полиморфного превращений на вторичную ионную эмиссию 24
§ 1.3. Ионно-фотонная эмиссия в области фазовых переходов 30
§ 1.4. Постановка задачи 33
ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНОГО ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА НА КОЭФФИЦИЕНТ РАСПЫЛЕНИЯ КОБАЛЬТА 38
§ 2.1. Экспериментальная установка 40
§ 2.2. Методика проведения измерений 44
§ 2.3. Результаты измерений и их обсуждение 45
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ТЕМПЕРАТУРНОЙ И УГЛОВОЙ ЗАВИСИМОСТИ ВТОРИЧНОЙ ИОННОЙ ЭШССИИ КОБАЛЬТА ПРИ ПОЛИМОРФНОМ ПРЕВРАЩЕНИИ 50
§ 3.1. Описание экспериментальной установки 50
3.1.1. Источник ионов 51
3.1.2. Линия формирования пучка 56
3.1.3. Камера образца и средства откачки - З Стр.
3.1.4. Манипулятор образца 60
3.1.5, Система регистрации вторичных ионов 64
§ 3.2. Методика проведения измерений 65
§ 3.3. Влияние полиморфного превращения в моно
кристалле кобальта на пространственное
распределение ВИЗ 68
§ 3.4. Температурная зависимость ВИЗ монокристалла в области полиморфного превращения 71
3.4.1. Влияние числа циклов нагрев-охлаждение на вид 1+СП 72
3.4.2. Влияние энергии и массы бомбардирующих ионов на величину изменения
ВИЗ при ос- р переходе 75
3.4.3. ВИЗ монокристалла Со при - р переходе в случае бомбардировки в
направлении под углом 12° от канала 100011 84
3.4.4. Зависимость величины изменения ВИЗ монокристалла Со от угла наблюдения 87
§ 3.5, Вторичная ионная эмиссия поликристалла кобальта при полиморфном превращении 87
ГЛАВА 4. ОСОБЕШОСТИ ВТОРИЧНОЙ ИОННОЙ И И0НН0-Ф0Т0НН0Й ЭМИССИИ НИКЕЛЯ В ОКРЕСТНОСТИ ТОЧКИ КЮРИ 92
§ 4.1. Вторичная ионная эмиссия монокристалла никеля при магнитном фазовом переходе
4.1.1. Экспериментальная установка и методика измерений 92
4.1.2. Результаты измерений и их обсуждение 94
§ 4.2. Ионно-фотонная эмиссия поликристалла никеля в окрестности точки Кюри
4 4.2.1. Экспериментальная установка и методика проведения измерений 98
4.2.2. Результаты измерении и их обсуждение 103
ГЖВА 5. ЭНЕРГЕТИЧЕСШЕ СПЕКТРЫ И АЗИМУТАЛЬНОЕ РАСПРЕДЕШШЕ МЕДЛЕННЫХ ЩЕЛОЧНЫХ ИОНОВ РАССЕЯННЫХ ПОВЕРХНОСТЬЮ ПОЛИКРИСТАЛЛА 107
§ 5.1. Численное моделирование процессов рассеяния ионов низких энергий поверхностью твердого тела 107
§ 5.2. Методика проведения экспериментов ИЗ
§ 5.3. Экспериментальные результаты и их обсуждение 117
ВЫВОДЫ 125
ЛИТЕРАТУРА 1
Введение к работе
В последние годы все более возрастает интерес к явлениям,наблюдающимся при ионной бомбардировке твердого тела. Детальное изучение этих явлений стало возможным благодаря развитию принципиально новых методов исследования, позволяющих определять состав и структуру поверхности твердых тел. Такие методы основаны на исследовании масс-спектров,а также энергетических и пространственных распределений вторичных частиц, возникающих при электронной или ионной бомбардировке твердых тел. К ним относятся масс-спектромет-рия вторичных ионов, электронная и ионная оже-спектрометрия, оптическая спектрометрия возбужденных частиц и др. [I ] . Однако, в настоящее время с помощью указанных методов не всегда удается получить количественные данные о составе и структуре поверхности. Это связано, в частности, с тем, что ряд особенностей эмиссии вторичных частиц при ионной бомбардировке твердого тела пока еще не изучен. Например, не исследовано достаточно подробно пространственное распределение ионов, рассеянных поликристаллом,мало изучено, что происходит с ионно-индуцированной эмиссией нейтральных и заряженных частиц при фазовых переходах первого и второго рода в твердом теле. Ответы на эти вопросы помогли бы лучше понять природу процессов, происходящих при ионной бомбардировке, и способствовали бы дальнейшему развитию методов анализа поверхности с применением ионных пучков.
Цель работы. В данной работе была поставлена задача исследовать аномалии эмиссии вторичных частиц при фазовых переходах первого и второго рода в твердом теле и аномалии пространственных распределений ионов, рассеянных поликристаллом. Такие аномалии не учитываются в современных методах анализа поверхности с помощью ионных пучков, что приводит к ошибкам при определении состава поверхности твердого тела. Кроме того, изучение эмиссии вторичных частиц при ионной бомбардировке в экстремальных условиях (например, при фазовых переходах) позволяет глубже понять физику взаимодействия атомных частиц в твердом теле.
Удобными объектами для изучения эмиссии вторичных частиц при фазовых превращениях являются: кобальт, решетка которого перестраивается из гексагональной плотноупакованной в гранецентрированную кубическую при температуре 420°С (фазовый переход I рода) и никель, претерпевающий магнитный фазовый переход при температуре 360°С (переход П рода). Для этих веществ в настоящей работе ставилась задача изучить температурные зависимости и пространственные распределения атомов, ионов и,в ряде случаев, фотонов,выходящих при ионной бомбардировке .
Кроме того, представляло интерес экспериментально проверить аномалию пространственного распределения медленных щелочных ионов, рассеянных поверхностью поликристалла,обнаруженную ранее при численном моделировании.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые;
1. Исследовано влияние структурного перехода в кобальте на распыление в условиях, при которых бомбардировка монокристалла кобальта ионами инертных газов не оказывает существенного влияния на кинетику полиморфного превращения. Установлено,что коэффициент распыления монокристалла кобальта в этом случае резко возрастает при переходе монокристалла из гексагональной в кубическую модификацию.
2. Изучено влияние полиморфного о( - fi перехода в монокристалле кобальта на пространственные распределения вторичных ионов. Установлено соответствие симметрии пространственных распределений симметрии кристаллической решетки до и после перехода.
3. Обнаружено, что выход вторичных ионов резко возрастает при переходе. Величина скачка не зависит от массы бомбардирую - 7 щих ионов.
4. Установлено влияние фазового состава поликристалла кобальта на величину изменения вторичной ионной эмиссии (ВИЭ) при полиморфном превращении.
5. Выявлен аномальный характер поведения ионно-фотонной эмиссии поликристалла никеля в окрестности точки Кюри.
6. Экспериментально обнаружена анизотропия азимутального распределения медленных щелочных ионов, рассеянных поверхностными атомами поликристалла серебра.
Практическая ценность. I. Создана сверхвысоковакуумная установка с сепарацией первичного пучка ионов по массам,позволяющая проводить масс-спетрометрические исследования вторичной ионной эмиссии, газового захвата, газовыделения и др.
2. Результаты исследования вторичной ионной эмиссии кобальта и никеля важны для развития количественного анализа состава поверхности с помощью вторичных ионов.
3. Обнаруженная анизотропия пространственного (по азимутальному углу) распределения медленных щелочных ионов, рассеянных поверхностью поликристалла, должна учитываться при количественном анализе состава поверхности методом спектрометрии рассеянных ионов.
Защищаемые положения. I. При полиморфном /. - & переходе в монокристалле кобальта коэффициент распыления ионами 4г+с энергией 10 кэВ резко возрастает в 1,7 раз.
2. ЕИЭ грани (0001) монокристалла С0 при бомбардировке нормально падающими ионами неона и аргона с энергией 4 и 8 кэВ и криптона с энергией 8 кэВ резко возрастает при о( - у& переходе 30$. При бомбардировке грани (0001) CQ ионами криптона с энергией 4 и 8 кэВ, падающими под углом 12° с нормалью к поверхности, ЕИЭ монокристалла С0 резко падает на 15$ при полиморфном превращении.
3. Изменение ШЭ при - у2 переходе в монокристалле Со практически не зависит от массы бомбардирующих ионов благородных газов ( А/е } Аг , Кг ).
4. Величина изменения БИЭ поликристалла кобальта при полиморфном превращении зависит от фазового состава образца.
5. Ионно-фотонная эмиссия никеля в окрестности точки Кюри имеет максимум; выход фотонов в парамагнитном состоянии больше, чем в ферромагнитном.
6. Пространственное распределение медленных щелочных ионов, рассеянных поликристаллом серебра, имеет аномалию (минимум в плоскости падения ионного пучка, для углов рассеяния 70°).
Апробация "работы. Материалы диссертации докладывались на Республиканском совещании "Диагностика поверхности ионными пучками", Запорожье, 1983 г.; Всесоюзном семинаре по вторичной ионной и ион-но-фотонной эмиссии, Харьков, 1983 г.; IX Международном вакуумном конгрессе, Мадрид, 1983 г.; Всесоюзной школе по физике поверхности, Ташкент, 1983 г. Основные результаты диссертации обсуждались на научных семинарах физического факультета МТУ и отражены в семи печатных работах.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из 109 наименований.
