Реферат: Старшинов Илья Донецкий национальный университет

Старшинов Илья

Донецкий национальный университет

(Физика и астрономия)


Угловая зависимость коэффициента распыления при существенном вкладе термического механизма распыления


Ионное распыление материалов нашло множество применений в разных отраслях как фундаментальной, так и прикладной физики. Процесс ионного распыления является одним из базовых в современной микроэлектронике. Учет этого процессап играет важную роль в разработке ускорителей элементарных частиц и установок термоядерного синтеза. Распыление – один из прецизионных инструментов для нанотехнологии. Поэтому исследование механизмов распыления, сопровождающего взаимодействие ионов с поверхностью твердого тела, остается актуальным.

Процессы распыления обычно классифицируют по времени протекания [1]. Согласно классификации [1] они разделяются на быстрые (10-15-10-14 сек.) и медленные (10-14-10-12 сек.) столкновительные процессы, быстрые (10-12-10-10 сек.) и медленные (>10-10 сек.) тепловые процессы. В диапазоне энергий падающих ионов от 1 до 100 кэВ основные закономерности распыления описываются каскадным механизмом, он считается доминирующим в таких условиях [2]. Однако до сих пор в ведущих исследовательских центрах делаются попытки выяснения вклада теплового механизма в общее распыление. В качестве критерия вклада используется идея Р.Келли [1], основанная на исследовании энергетического спектра распыленных частиц.

Столкновительные механизмы распыления связаны с выбиванием атомов либо падающим ионом, либо атомом каскада, который сформирован из атомов мишени, двигающихся за счет энергии, переданной им первичной частицей. Суть термического механизма заключается в том, что атомы, участвующие в каскаде столкновений, вызывают локальный перегрев поверхности (тепловой пик), который существует порядка 10-12 - 10-8секунды. Этого перегрева иногда достаточно для того, чтобы вызвать испарение вещества с поверхности.

В настоящей работе рассматривается термический механизм распыления. Анализ основан на том факте [3], что угловая зависимость коэффициента распыления по термическому механизму может существенно отличаться от таковой при каскадном механизме. Особенностью настоящего рассмотрения является учет испарения образца вызванного макроскопическим разогревом ионным пучком.

В [3] был проведен расчет влияния угла падения ионов φ на выход распыления Y(φ) для термического механизма в модели Р. Келли [4]. Полученная угловая зависимость показана на рис. 1. Также на этом рисунке приведен ход зависимости Y(φ) для каскадного механизма, он может быть аппроксимирован Y(φ)~cos(φ)-5/3[2,5]. Видно, что угловые зависимости принципиально отличаются для разных механизмов. Это отличие стимулировало попытку измерить угловую зависимость коэффициента распыления при существенном вкладе термического механизма. Для того, чтобы тепловые эффекты проявлялись ярко [4] можно увеличивать массу падающих частиц, либо увеличивать макроскопическую температуру мишени или выбирать материал с низкой энергией сублимации. В наших опытах был выбран цинк, как металл с одной из наименьших энергий сублимации и подбиралась температура мишени.

Первые эксперименты по измерению зависимости Y(φ), в условиях большого вклада термического механизма, в которых величина Y измерялась по глубинам кратеров в интервале 0<φ<70, показали [6] очень слабую зависимость Y(φ)~const. Такое поведение Y(φ) больше напоминает зависимость, рассчитанную для термического механизма, а не для каскадного. Однако при измерениях по глубинам кратера, существенным было влияние рельефа поверхности. Рельеф, развитый за время формирования кратера, нивелирует угловую зависимость т. к. становится трудно определить угол падения на мишень в каждой конкретной ее точке [7].

^ Цель работ