Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Работа посвящена исследованию электронных явлений па поверхности твердых тел, возникающих при воа-имодсйствии ншшэпергетических частиц ио плазмы с твердой стенкой, и свяоанных с электронпой аккомодацией энергии атомных столкновений. Поставщиком онергии для электронного вообуждения твердого тела служат возбужденные частицы и тетерогенные химические реакции. Интерес к гетерогенным химическим реакциям в низкотемпературной плазме стимулируется высокой химической активностью продуктов ио плазмы и развитием таких областей, как квантовая электроника, нлаомохимия и лаоерохимия.
Электронная аккомодация па границе раодела фао (электронная гетерогенная аккомодация) является основой таких новых фиончесхих явле-ппп, как гетерогенная хемилюшгаесценция (ГХЛ) и хемоэмиссия (ХЭ) олсктронов и ионов с поверхности. Вооникающие в актах неупругого воаимодействия нейтральных частиц ио плаомы с поверхностью, ГХЛ и ХЭ являются топким и чувствительным инструментом поучения поверхности твердого тела, динамики елементарного химического акта и низкотемпературной плазмы . В отличие от других видов вообуждения ( фото-, катодо- я т.д. ) одесь происходит вообуждение собственно поверхности, что определяет уникальность явлений, обусловленных электронной гетерогенной аккомодацией, и представляет оначительный интерес для теории и практики таких областей науки и техники, как адсорбция, катализ, фиоика поверхности, физика и химия плазмы, космические исследования. Актуальность работы определяется также новым этаном в раовитзга микроэлектроники, где велик интерес к изучению поверхности и фиоико-химических процессов на ней.
ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ было экспериментальное поучение неравновесных процессов и явлений, свяоанных с (электронной аккомодацией онергии воаимодействия ниохоэнертетичесхих атомных частиц с поверхностью, построение физической модели на основе раскрытия элементарных актов и механизмов электронной гетерогенной ахкомодации и свяоанных с ней явлений, превращение ГХЛ и ХЭ в инструмент исследования поверхности и плаомохимических поверхностных процессов. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ оахлючается в следующем: 1. Открыто новое явление - высокоэффективная электронная гетерогенная аккомодация (ВЭГА), управляющая скоростью реакции, свидетельствующее о том, что для олектроняо-вообужденных полупроводников и диэлектриков основным каналом аккомодации энергии атомных
частиц на поверхности может быть электронный, а ле фононцый канал, как считалось до наших исследований.
-
Обнаружена електронная аккомодация колебательной энергии га-оофаоных кояебательно-вообужденных молекул, воаимодействующих с твердым телом.
-
Обнаружены и научены новые явления- адсорбоомиссня положительных ионов, химическая послеомиссия положительных ионов (эмиссия после прекращения возбуждения 'поверхности атомами) и неравновесная адсорбопроводимость поверхности (проводимость, обусловленная ионизацией поверхностных состояний в актах хемосорбции), являющиеся химическими (и при том, поверхностными) аналогами соответствующих оптических оффектов (фотоэмиссии, фотопроводимости).
-
Обнаружена неравновесная десорбция адсорбированных молекул под действием реакции, автоколебательные режимы гетерогенной рекомбинации в системе атомарный водород - тефлон, и построены детальные механизмы воаимодействия нейтральных атомных частиц ио плаомы с поверхностью, учитывающие колебательно-колебательный и колебательно-поступательный обмен в адсорбированном слое, процессы неравновесной десорбции и диффузии адчастиц.
-
Разработаны механизмы открытого и обнаруженных явлений. Впервые показано, что электронный канал аккомодации енергии гетерогенной химической реакции на нгарокоооиных твердых телах (или энергии возбужденных частиц, сталкивающихся с поверхностью) является универсальным, и в ряде случаев но своей «эффективности он может конкурировать с фоионным каналом.
1. Предложен принципиально новый метод спектроскопии поверхно
сти на баое открытого явления ВЭГА, пооволяющий определять как
онергитйческое положение ловушек, так и их концептрацшо собственно
на поверхности твердого тела.
2. Разработаны высокочувствительные оптические способы иоме-
рения концентрации свободных атомов водорода, кислорода и молекул
кислорода в плаиме (твердотельные хемилюминесцентные датчики кон
центрации атомов и молекул), а также эмиссионный метод определения
колебательно-вообужденных молекул в газе. Это пооволяет испольоо-
вать их для диагностики ниокотемпературнои плаомы, в химических
реакторах и космических исследованиях. .
3. Раоработан хемилюминесцентный способ определения коэффици
ента рекомбинации атомов 7 на поверхности, не имеющий ограничений
на вид материала (металлы, полупроводники, пластмассы), диапазон температур измерений (в пределах температурной стойкости твердого тела) и обладающий высокой чувствительностью и точностью. Это позволило не только померять с "большой точностью собственно 7 > но раовитъ данный способ в инструмент для исследования поверхности (фаоовые переходы, радиационные воздействия, спектроскопия поверхности ), фиоико-химических процессов на ней (адсорбция, ката-лио, химия нлаомы, автоколебательные режимы реакций), построения и раоработки новых устройств на его основе (атомный аттенюатор, устройство для гетерогенной спектроскопии поверхости).
-
Разработаны не имеющие аналогов неравновесные, нестационарные люминесцентные методы определения концентрации адсорбированных атомов па поверхности твердых тел (атомный оонд) с чувствительностью 10~в мояослоя и механиомов гетерогенной рекомбинации атомов, которые позволяют следить за концентрацией атомов на поверхности в ходе гетерогенной реажцпи.
-
Построеп не имеющий апалогов экспериментальный комплекс для исследования электронных гетерогенных процессов на поверхности твердых тел, основанный на высокочувствительных оптических и эмиссионных методах, а также па современных методах исследования (или их прототипах), разработанных в последнее время в смежных областях : эффекта накопления атомов в замкнутых объемах - в квантовой электронике, скрещенных молекулярных пучков - в химической физике, туннельного микроскопа (все эти методы и исследования, основанные на них, были отмечены Нобелевскими премиями).
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ изложены в выводах настоящего автореферата.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались па: II Всесоюзной конференции и симпозиуме по эхооэлектрон-пой эмиссии (Рига, 1981; Москва, 1982); 3 Всесоюзном совещании по воздействию ионизирующего излучения и света на гетерогенные системы (Кемерово, 1982); 18, 19 Всесоюзных конференциях по эмис-сиоппой электронике (Москва, 1981; Ташкент, 1984); 6, 7 Всесоюзных конференциях по взаимодействию атомных частиц с твердым телом (Минск, 1981,1984); Всесоюзном совещании по кинетике и механизмам реакций в твердом теле (Кемерово, 1981); 7 Всесоюзном совещании "Синтез, свойства, исследования и технология люминофоров для отображения информации" (Ставрополь, 1982); 4 Всесоюзном семинаре по физической химии поверхности монокристаллических полупроводников
(Новосибирск, 1981); Всесоюоных, международном и республиканском совещаниях-семинарах по диагностиже поверхности ионными пучками (Запорожье, 1983, 1992; Ужгород, 1985; Донецк, 1988; Одесса, 1990); Всесоюоных конференциях и семинаре по вторичной ионно-фотонной эмиссии (Харьков, 1983,1988, 1991); 2 Всесоюонои конференции по нестационарным процессам в катализе (Новосибирск, 1983); Всесоюоном семинаре по диагностике атомяо-молекулярных процессов (Черноголовка, 1983); Всесоюзной конференции по гетерогенной хемилюминссцен-ции (Норильск, 1984); 2, 3 Всесоюоных совещаниях по хемилюминесцен-ции (Уфа, 1986; Рига, 1990); Всесоюоном семинаре "Кинетика-4" (Ярославль, 1987); 7 Всесоюзной конференции "Метрология в радиоелектро-нике" (Москва, 1988); 3 конференции "Применение фиоико-химических методов в науке и технике" (Москва, 1990); симпозиуме "Эмиссия с поверхности полупроводников, в том числе екэоомиссия" (Львов, 1989); 6 Всесоюонои конференции по фиоической химии (Москва, 1990); 3 Всесоюонои конференции "Материаловедение халькогенидных полупроводников" (Черновцы, 1991); Всесоюоном семинаре "Новые вакуумные методы получения тонких пленок и покрытий" (Харьков, 1991); 10, 11 международных симпозиумах по экооолектронной эмиссии и применениям (Тбилиси, Грузия, 1991; Глухолазу, Польша, 1994); 1 международном совещании "Фиоика, химия и технология люминофоров" (Ставрополь, 1992); 11, 12 международных конференциях по воаимо-действию ионов с поверхностью (Москва, Россия, 1993, 1995); 8, 9 международных конференциях по радиационной фиоике и химии неорганических материалов (Томск, 1993, 1996); Украинско-американской школе по фиоике и химии поверхности (Киев, 1994); международной конференции по люминесценции (Москва, 1994); международной конференции "Радиационные гетерогенные процессы" (Кемерово, 1995); международной школе-конференции по физическим проблемам в материаловедении полупроводников (Черновцы, Украина, 1995); международной школе-конференции "Фиоика твердого тела: основы и применения" (Ужгород, Украина, 1995).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 106 научных работ. Основой диссертации являются материалы 38 публикаций, приведенных в автореферате.
ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА оаключается в том, что - на стыке исследований по фиоике и химии плаомы, фиоике твердого тела им сформировано новое научное направление исследований, связанное с изучением высокоэффективной электронной гетерогенной акко-
модации, а также новое направление, свяоапное с практическим применением (электронной гетерогенной аккомодации - гетерогенная спектроскопия поверхности;
гакперименталыю открыто и исследовано повое явление - высокоэффективная электронная гетерогенная аккомодация (ВЭГА) и построены механиомы явления;
обнаружена и исследована адсорбоэмиссия положительных ионов;
совместно с научным консультантом обнаружена неравновесная ад-сорбопроводимость;
совместно с научным консультантом и аспирантом диссертанта обнаружена электронпая аккомодация колебательной энергии колебательно-вообуждеиных молекул, воаимодействующих с твердым телом;
создан экспериментальный комплекс для исследования электронной гетерогенной аккомодации и явлений, ею обусловленных, не имеющий аналогов в мире, где оригинальные экспериментальные методы раорабо-таны автором, а установки наготовлены либо автором, либо автором и его аспирантами и сотрудниками;
предложены идеи способов и устройств, описанных в АС и патентах диссертанта [34-38]. Работы [1-8, 15, 17, 24, 32] выполнены в соавтор- . стве с научным консультантом, аспирантом автора и бео соавторов.
ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ вытекает ио соответствия разработанных в работе моделей экспериментальным результатам, полученным раоными независимыми методами. Она определяется также применением впервые для исследования электронной гетерогенной аккомодации онсргии ниокоэиергетичесхих частиц ио плаомы современных методов исследования, таких как атомно-молекулярные пучки, скрещенные на поверхности твердого тела молекулярные пучки, эффект накопления, атомный ооид и др. В ряде предельных случаев реоультаты работы согласуются с экспериментальными результатами, полученными другими авторами.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация положена на 369 страницах, включал 251 страницу машинописного текста, иллюстрируется 107 рисунками, состоит ио введения, восьми глав, оаключе-ння и списка испольоуемой литературы ио 417 наименовалий. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
