Введение к работе
Актуальность работы
Изучение процессов, протекающих при взаимодействии ионов с твердым телом, представляет большой интерес, поскольку эти процессы играют существеїшую роль во многих областях физики - управляемом термоядерном сшггезе, физике плазмы, физике газового разряда, модификации свойств поверхности и т.д. Они имеют и немаловажное техническое значение, например, при конструироваїши ускорителей и источников ионов, детекторов заряженных частиц, масс - спектроскопии, технике получения сверхвысокого вакуума.
В последнее десятилетие опубликовано большое число работ, посвященных взаимодействию ускоренных ионов с твердым телом, что обусловлено следующими причинами:
-
Постояішо возрастающий объем космических исследований требует более точной информации о влиянии бомбардировки ионами и нейтральными частицами различных энергий на свойства различных материалов и работу, приборов.
-
Решение ряда конструкторских и физических проблем управляемого термоядерного синтеза (УТС) (в частности, проблемы "первой стенки" термоядерного реактора) потребовало дополнительных сведений об эмиссионных свойствах конструкционных материалов.
-
Обнаружение ряда важных особенностей явлений, наблюдающихся при бомбардировке ионами монокристаллических образцов, позволило развить ряд практических применений ионной бомбардировки твердого тела, таких как ионная имплантация полупроводников, ионное травление, и т.д.
Таким образом, изучение явлений, происходящих при взаимодействии заряженных атомных частиц с поверхностью твердого тела, нашедших наибольшее, применение в технологии производства полупроводниковых приборов и физическом эксперименте, представляется весьма актуальной задачей, а тема работы, направленная, с одной стороны, на изучение физико-химических свойств поверхности твердого тела с помощью традиционных методик: вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС), оже-электрошюй спектроскопии (ЭОС), ионной оже-спектроскопии (ИОС), масс-спектроскопип вторичных нейтральных атомов (ВНМС), и с другой стороны, на построение адекватной физической картины отдельных процессов при взаимодействии первичных ионов средних энергий с материалами является актуальной.
Целью работы
является установление связи между дифференциальными характеристиками ионно-электронной и вторично - ионной эмиссии с параметрами твердого тела, влияние которых на отмеченные выше характеристики ранее установлено не было (кристаллографией, степенью разупорядоченности, наличием пластических деформаций).
Научная новизна результатов
-
Впервые установлено, что форма масс - спектров вторичных ионов чувствительна к степени упорядоченности приповерхностной области твердого тела и наличию пластических деформаций. Это проявляется в первую очередь в изменении выхода однозарядных вторичных кластерных ионов.
-
Обнаружено, что структура энергетических спектров оже - электронов при облучении ионами средних энергий зависит от кристаллического строения приповерхностной области твердого тела, а также степени аморфизации монокристалла. Кроме того, эта структура чувствительна к наличию пластических деформаций в приповерхностной области упруго деформируемых материалов.
-
Показано, что один из механизмов образования двухзарядных вторичных ионов за счет распада возбужденных молекулярных ионов приводит к появлению в энергетическом спектре вторичных ионов частиц с энергиями, меньшими сообщаемых ускоряющим полем коллекторной системы.
-
Установлено, что при распылении интерфейсов слоистых структур, образовшшых сильно различающимися по массе элементами, происходит значительное увеличения сигнала от легкой компоненты. Предложено объяснение этого явления.
Защищаемые положения
-
Выход шюгоатомішх кластеров в масс - спектрах вторичных ионов зависит от параметров приповерхностной области (степени упорядочешюсти, наличия пластических деформаций).
-
Соотношение пропорций основного и атомоподобного оже-пика при ионном возбуждении зависит от кристаллической структуры, степени аморфизации и наличия пластических деформаций приповерхностной области твердого тела.
-
Механизм образования двухзарядных вторичных ионов за счет распада возбужденных молекулярных ионов.
-
Эффект селективности распыления в нестационарных условиях приводит к значительному увеличению сигнала легкой компоненты при распылении интерфейсов слоистых структур, образованных сильно различающимися по массе элементами.
Научная и практическая ценность
Результаты исследований, изложенные в работе, являются основой для создания новой, более общей картины выбивания электронов и вторичных ионов из твердых тел ионами средних энергий, включающей различные механизмы передачи энергии первичными частицами и атомами отдачи.
Влияние параметров приповерхностной области твердого тела на форму масс-и энергетических спектров вторичных частиц ранее почти не было исследовано. Впервые предоставляется возможность развития комплекса методик для получения информации о параметрах приповерхностной области твердого тела (кристаллогра-
фии, степени разупорядоченности, налички гогастичесюгх деформаций) и их эволюции.
Результаты экспериментального изучения эмиссии оже - электронов и вторичных ионов при облучении материалов ионами средгогх энергий для широкого набора материалов как моноэлементного состава, так и многокомпонентных соединений, могут быть использованы для решения задач диагностики и материаловедения.
Дальнейшее развитие направления эмиссии многозарядных ионов открывает перспективы создания новых методик диагностики материалов, не столь критичных к состоянию поверхности твердого тела.
Обнаруженная селективность распыления легкой компоненты при послойном анализе слоистых структур делает необходимым учет этого эффекта при интерпретации результатов ВИМС, ИОС, ВНМС и т.д.
Апробация работы
Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
-
XI, ХП, ХП, ХЛІ Международных конференциях "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Звенигород, 1993, 1995, 1997, 1999)
-
XXII Всероссийской конференции по эмиссионной электронике (Москва, январь 1994)
-
VIII Международном семинаре "Диагностика поверхности ионными пучками" (Ужгород, август 1998)
-
Всероссийская научно - техническая конференция "Иішовационньїе наукоемкие технологии для России" (Санкт - Петербург, апрель 1995)
-
Всероссийская межвузовская научно - практическая конференция "Информатика и микроэлектроника - 98" (Москва, апрель 1998)
-
3-d European workshop on modern developments and applications in microbeam analysis (EMAS - 93) Rimini, Italy, 1993
-
IX International Conference on Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS - ГХ) Yokohama, Japan, 1993
-
X Interdisciplinary Surface Science Conference (ISSC -10) Liverpool, UK, 1994
-
Deaville Conference (ISM - 94) Montreux, Switzerland, 1994
-
International Workshop on Auger Spectroscopy and Electron Structure (IWASES-III), Liverpool, UK, 1994
Публикации
По результатам диссертации опубликованы 35 печатных работ, список которых приводится в конце реферата
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения н списка цитируемой литературы. Общий объем работы составляет 160 страниц, 74 рисунка и 2 таблиц. Список литературы содержит 202 наименования.
