Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Обзор литературы 22
1.1. Вторичная ионная эмиссия: основные модели и
механизмы 22
1.1.1. Общий взгляд на вторичную ионную эмиссию,
основы явления 22
1.1.2. Модели вторичной ионной эмиссии 24
Модель электронного туннелирования 25
Модель Шроубека 28
Объединенная модель 29
1.2. Рассеяние частиц на поверхности 30
Траектории рассеивающихся частиц: межатомные потенциалы и поверхностное каналлирование. 31
Процессы зарядового обмена 33 Глава 2. Экспериментальные установки и
методики экспериментов. 39
2.1. Установка для исследования вторичной и
онной эмиссии 39
2.2. Установка для исследования рассеяния
под скользящими углами 45
Глава 3. ВИЭ 50
3.1. Исследование влияния деформации
на вторичную ионную эмиссию А1 и Си. 50
3.2. Исследование ВИЭ с поверхностей ферромагнетиков
в интервале температур, включающем точку магнитного
фазового перехода 58
3.3. Влияние адсорбции кислорода на вторичную
ионную эмиссию 65
Глава 4. Рассеяние частиц на поверхности под
скользящими углами 73
Межатомные потенциалы 73
Зарядовый обмен 81
Влияние зарядового состояния на дополнительное взаимодействие с поверхностью металла. 88 5. Заключение 92 Список литературы 90 Список печатных работ по теме диссертационной работы 97
Введение к работе
Взаимодействие атомных частиц и поверхности является одной из важнейших проблем как фундаментальной, так и прикладной науки. Оно охватывает широкий класс процессов и явлений, возникающих при бомбардировке поверхности.
При бомбардировке поверхности твердого тела атомами или ионами с нее возможна эмиссия электронов, фотонов, а также атомных частиц в различных зарядовых и возбужденных состояниях. Эмиссия атомов бомбардируемого вещества называется распылением, а эмиссия атомов вещества в заряженном состоянии называется вторичной ионной эмиссией (ВИЭ).
ВИЭ лежит в основе Вторичной Ионной Масс-Спектрометрии (ВИМС), применяющейся для исследования и диагностики поверхности. ВИМС получила широкое распространение в микроэлектронике, материаловедении и других областях науки и промышленности благодаря своей высокой относительной элементной чувствительности до 10"9. ВИМС позволяет регистрировать все элементы, включая водород, кроме того, этот метод преимущественно чувствителен к приповерхностному слою, что делает его методом, обладающим высокой степенью локализации. Благодаря тому, что процесс распыления происходит послойно, возможно производить послойный анализ на основе ВИМС, что нашло применение в микроэлектронике и известно как профилирование по глубине (depth profiling). Подавляющая часть эмитированных с поверхности частиц являются нейтральными, что привело к появлению разновидности метода
SIMS (ВИМС) в которой применяется постионизация эмитированных с поверхности нейтральных атомных частиц лазером, как резонансная так и нет. Этот метод получили название Laser-SNMS (Лазерная Вторичная Нейтральная Масс-Спектрометрия).
ВИМС, обладая одной из самых высоких чувствительностей среди прочих методов анализа элементного состава, не является количественным. Количественная теория ВИЭ развита слабо, что не всегда позволяет применять методы, на ней базирующиеся (в том числе и ВИМС) для аналитических приложений. Таким образом, изучение закономерностей влияния различных факторов на ВИЭ с целью создания ее количественной теорий является перспективной задачей современной науки, как в фундаментальном, так и в прикладном смысле.
При создании подобного рода теорий важным направлением является изучение влияния физико-химического состояния поверхности на ВИЭ. В настоящий момент существует несколько моделей формирования вторичных ионов. Уточнение этих уже существующих моделей и создание новых более точных является одним из ключевых моментов в создании количественной теории ВИЭ.
Большой практический интерес представляет изучение влияния механического состояния поверхности на ВИЭ. В настоящее время для целей диагностики механического состояния поверхности твердого тела наиболее популярными являются методы, основанные на ионном травлении с последующим выявлением оптического контраста между областями с различной степенью деформации. Методы же, основанные на контрасте выхода вторичных ионов, эмитированных с областей с различной степенью деформации, должны обладать большей чувствительностью и высокой степенью локализации.
Фундаментальный интерес представляет собой исследование влияния магнитного фазового перехода на ВИЭ. Современные теории базируются на
изменении потенциала взаимодействия между атомами мишени при магнитном фазовом переходе. ВИЭ демонстрирует чувствительность не только к потенциалам взаимодействия между атомами в твердом теле, но и к электронной структуре твердого тела. ВИЭ открывает принципиально новые возможности для изучения процессов атом - атомного взаимодействия, происходящих при магнитном фазовом переходе, особенно в случае многокомпонентных ферромагнитных сплавов.
Исследования закономерностей ВИЭ и последующее построение моделей формирования вторичных ионов основывается на анализе энергетических и угловых распределений вторичных ионов.
При взаимодействии ионов и атомов поверхностью особое место занимает рассеяние под скользящими углами по причине относительной простоты интерпретации пространственных и зарядовых распределений рассеянных частиц. В экспериментах по рассеянию энергии налетающих частиц могут меняться от низких (эВ) до высоких энергий (МэВ). Рассеяние атомных частиц сопровождается неупругими процессами, такими как возбуждение и зарядовый обмен. В силу геометрии экспериментов по рассеянию частиц существенное влияние на пространственные распределения рассеянных частиц оказывает зарядовое изображение.
На рассеянии основаны методы, позволяющие проводить пространственную диагностику высокого разрешения структуры кристаллической поверхности [1], изучать магнитные свойства при напылении тонких пленок. Данные, полученные при рассеянии под скользящими углами, наиболее просты и однозначны для интерпретации.
Особым режимом рассеяния под скользящими углами является поверхностное каналирование. В этом режиме частицы, рассеиваясь на поверхности, движутся вдоль рядов атомов, образованных кристаллической структурой твердого тела. Основой при интерпретации процессов рассеяния являются эффективные межатомные потенциалы. Описание таких
параметров как угловые распределения рассеянных частиц, глубины проникновения, диссипация энергии, каналирование прямым образом основывается на межатомных потенциалах. Изучение характеристик рассеяния с целью уточнения уже известных модельных потенциалов взаимодействия и построения новых является важной фундаментальной задачей.
Наряду с процессами, определяющими траектории и энергии рассеянных частиц, важны процессы, определяющие их зарядовое состояние. Немалый интерес представляет зарядовый обмен, проходящий по неупругим каналам взаимодействия через Оже-процессы. Энергетические спектры эмитированных при этом электронов несут информацию об электронной структуре поверхности, а распределения зарядовых компонент рассеянных частиц о процессах электронного обмена.
Цель работы состояла в экспериментальном исследовании влияния различных состояний поверхности на ВИЭ:
механического,
химического,
магнитного,
а также экспериментальном и теоретическом исследовании формирования пространственного и зарядового распределения частиц, рассеянных на атомно-гладкой монокристаллической поверхности под скользящими углами. Выбор рассеиваемых частиц и режимов рассеяния предполагал различный характер их взаимодействия с поверхностью, что было необходимо для исследования эффективного потенциала поверхности и механизмов формирования зарядовых состояний.
На защиту выносятся следующие основные положения, определяющие научную новизну полученных в диссертации результатов:
Продемонстрировано влияние деформации (растяжение фольги) на
выход вторичных ионов. Обнаружен экспоненциальный рост выхода
вторичных ионов с деформацией. Эксперимент поставлен в условиях,
позволяющих минимизировать влияние факторов, обусловленных
подготовкой и различными условиями эксперимента, к чему ВИМС
демонстрирует высокую чувствительность.
Исследовано влияние адсорбированного на поверхности поли - и
монокристаллического Си кислорода на форму и интенсивность
энергоспектров вторичных ионов Си+ и Си" при бомбардировке ионами
Аг+ и Хе+. Смещение максимумов энергоспектров, а также изменение
интенсивности может быть объяснено на основе модели электронного
туннелирования.
Показано влияние магнитного фазового перехода на энергоспектры
вторичных ионов для ряда Fe-Ni сплавов, ранее этим методом не
исследовавшихся. Наличие нескольких максимумов в температурной
зависимости выхода вторичных ионов объяснено упорядочиванием фаз
на поверхности.
Обнаружено, что пространственное распределение рассеянных под
скользящими углами на поверхности монокристалла А1 ионов и атомов
различных элементов не может быть описано с помощью
общепринятых модельных потенциалов взаимодействия. Предложен
новый модельный потенциал, описывающий взаимодействие
налетающей частицы с поверхностью твердого тела.
Исследованы процессы зарядового обмена при рассеянии под
скользящими углами на поверхности монокристалла А1 ионов и атомов
Не и Ne. Показано, что при больших параллельных к поверхности
мишени скоростях в случае рассеяния первичных ионов - содержание
ионов в рассеянных частицах (после акта рассеяния) ниже, нежели при
рассеянии первичных нейтральных частиц.
В экспериментах по рассеянию атомных частиц на поверхности
монокристалла А1 под скользящими углами обнаружено, что с
увеличением параллельной к поверхности мишени скорости происходит изменение характера взаимодействия иона и поверхности твердого тела, которое изменяется от притяжения до отталкивания в зависимости от величины параллельной скорости налетающего иона.
Научная и практическая ценность. Исследовано влияние адсорбции кислорода на ВИЭ с поверхности меди, дана интерпретация результатов в рамках модели электронного туннелирования.
Показано влияние деформации мишени (растяжении фольги) на ВИЭ.
Впервые эксперимент поставлен таким образом, что имеется возможность
минимизации влияния факторов, обусловленных подготовкой и различными
условиями эксперимента. Полученные результаты указывают на
возможности применения ВИМС для анализа деформированной
поверхности, что может найти применение в таких областях как: восстановление стертых маркировочных знаков, контроль состояния металлоконструкций.
Исследовано влияние магнитного фазового перехода на ВИЭ. Многие из использованных в работе материалов ранее методом ВИМС не исследовались. Полученные данные позволяют получить новую информацию о процессах эмиссии с поверхности ферромагнетиков при магнитном фазовом переходе по сравнению с методами, не обладающими разрешением по массам и энергиям эмитированных частиц.
Полученные результаты можно рассматривать как вклад в создание количественной теории ВИЭ.
Результаты экспериментов по рассеянию под скользящими углами показали, что не во всех случаях при построении потенциала взаимодействия налетающей атомной частицы и поверхности твердого тела последнюю возможно рассматривать только как ионную систему. Полученные результаты в принципе не могут быть интерпретированы в
рамках такого представления, при их объяснении была показана необходимость принятия к рассмотрению электронной подсистемы твердого тела и был построен новый модельный потенциал, позволяющий строить более адекватные модели процессов взаимодействия атомных частиц и поверхности в других задачах физики столкновений. Исследование процессов зарядового обмена при рассеянии под скользящими углами позволило показать, что в некоторых случаях при взаимодействии иона и поверхности имеет место более сильное отталкивание от поверхности, чем при рассеянии нейтральных частиц в аналогичных условиях. Апробация работы: По теме диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ. Результаты, вошедшее в работу, были представлены на 6 международных конференциях: Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП), Москва 2001, 2003, Диагностика поверхности ионными пучками, Запорожье, 2000, 3d European workshop on Secondary Ion Mass Spectrometry, Muenster 2002, 3-ей Республиканской конференции по физической электронике, Ташкент, 2002, (International Conference on Atomic Collisions In Solids) ICACS 21 Genova, Italy, 2004.
Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 98 страниц, 39 рисунков и список цитируемой литературы из 73 наименований.
Первая глава является литературным обзором по теме диссертации. В первой части рассмотрены основы явления распыления вещества, описаны основные принципы построения моделей ВИЭ, а также приведены 3 наиболее распространенные модели ВИЭ: модель электронного туннелирования, модель Шроубека [6] и объединенная модель [12].
Модель электронного туннелирования описывает процесс резонансного электронного обмена (туннелирования) между атомным уровнем эмитируемой частицы и зоной мишени. В рамках этой модели
металл рассматривается как валентная зона с работой выхода Ф, заполненная почти свободными электронами с постоянной плотностью состояний.
Модель Шроубека в своей основе предполагает, что электроны в области каскада столкновений возбуждаются и занимают свободные состояния с энергией Е выше уровня Ферми. Уровень эмитированной частицы "отражает" плотность электронных состояний в твердом теле для данного значения энергии. Такая картина "отражения" имеет место до некоторой точки z , которая называется точкой термализации, начиная с момента пересечения которой уровень частицы уже не "отражает" динамическим образом плотность состояний в твердом теле, а "запоминает" ее на момент пересечения точки термализации. Плотность состояний твердого тела на момент пересечения точки термализации и определяет вероятность ионизации.
Обе описанные выше модели являются предельными случаями, хорошо работающими в своих областях - Шроубека для медленных, а электронного туннелирования - для быстрых вторичных ионов. Объединенная модель учитывает оба механизма, дающих свой вклад в формирование вторичных ионов одновременно, и переходит либо в одну, либо в другую модель в пределе малых и больших скоростей. В результате модель позволяет построить описание общего случая.
Во второй части дается обзор рассеяния атомных частиц на поверхности твердого тела. Рассмотрены особенности рассеяния атомных частиц под скользящими углами, приведены понятия поверхностного каналирования, а также даны основные потенциалы межатомного взаимодействия.
В третьей части представлены процессы зарядового обмена, происходящие при рассеянии. Дан обзор процессов зарядового обмена, идущих по каналам Оже-нейтрализации, Оже-релаксации и кинематической Оже-ионизации.
Последняя возможна благодаря кинематическим эффектам,
^ возникающим при переходе в систему отсчета, связанную с
быстродвижущейся атомной частицей. Уровень частицы лежит ниже дна зоны проводимости и в статическом случае возможен только электронный захват или Оже-нейтрализация. При переходе в систему отсчета, связанную с движущейся атомной частицей, распределение плотности состояний зоны проводимости выглядит отличным от статического случая, а именно: существуют заполненные состояния с энергией выше уровня Ферми и свободные с энергией ниже, таким образом возможен переход электронов внутри зоны металла, если выделившийся при этом энергии достаточно, происходит заброс электрона с уровня частицы в зону металла, т.е. происходит ионизация атомной частицы.
Во второй главе описаны установки, на которых выполнялись эксперименты, а также методики измерений в этих экспериментах.
В первой части представлена установка для исследования вторичной
'V) ионной эмиссии с масс-, энерго- и угловым разрешением, приведена ее блок-
схема, даны характеристики и функциональное назначение основных узлов.
Установка состоит из сверхвысоковакуумной камеры с системой откачки, позволяющей работать при базовом давлении остаточных газов не более 10"9 торр. В камере устанавливались различные манипуляторы образца, позволяющие реализовывать различные задачи:
деформацию (натяжение фольги),
контролируемый нагрев до 700,
изменение азимутального угла положения образца.
Система регистрации вторичных ионов состояла из последовательно расположенных энерго- и квадрупольного масс- анализатора. Такое расположение анализаторов позволяло производить регистрацию вторичных ионов в 2-х режимах:
регистрацию масс-спектра в фиксированном энергетическом
окне,
регистрацию энерго-спектра фиксированной массы.
Установка оснащена источником ионов дуоплазматронного типа с
холодным катодом, позволяющим работать с различными газами, в том числе и химически активными для масс сепарации первичного пучка применялся фильтр Вина.
Для контроля остаточного газа в рабочей камере установки применен анализатор остаточных газов (RGA) Larimax - АХ200.
Подготовка образцов состояла в их предварительной механической полировке (если технологический цикл этого требовал) и прогреве с целью обезгаживания поверхности. Далее чистка ионным пучком Аг+ с энергией 10 кэВ и последующим отжигом с контролем масс- и энерго-спектров вторичных ионов до выхода их параметров в состояние, постоянное во времени, что соответствовало установлению равновесия и выполнению условий динамической очистки поверхности.
Во второй части описана установка для исследования рассеяния под скользящими углами. Приведена ее блок-схема, даны характеристики и функциональное назначение основных узлов. Установка состоит из сверхвысоковакуумной камеры с системой откачки, позволяющей работать при базовом давлении остаточных газов не более 10" торр.
В установке использовался источник ионов с ионизацией электромагнитным полем микроволнового диапазона для получения ионов газов. Изменяя мощность электромагнитного поля возможно получать ионы с различной степенью ионизации (для Cs +17, для Ne +4). Первичное ускорение ионов на выходе источника до 25 кэВ, система послеускоряющих электродов, позволяющая доускорить ионы на 100 кэВ, делала возможным получать ионы с энергий 125 кэВ (с зарядом +1). Дополнительный источник ионов, представляющий собой твердотельный источник ионов или
испаритель, позволял получать ионы Na, Cs, Rb, Li и т.п. Основной источник в этом случае выступал в качестве дополнительного ионизатора.
Масс-сепарация ионов первичного пучка осуществлялась при помощи магнитного сепаратора с разрешением не менее 0,01 а.е.м с диапазоном масс 0-150 а.е.м. при энергии ионов 10 кэВ.
Для получения нейтрального первичного пучка в составе установки имелся нейтрализатор в виде газовой камеры.
Подготовка образцов заключалась в их механической полировке, а после установки образца в рабочую камеру цикл подготовки образца состоял из следующих этапов:
Бомбардировка ионами Аг с энергией 25 кэВ под углом ~ 3 к поверхности.
Отжиг при температуре -327.
Для получения атомно-гладкой поверхности было необходимо около 80 циклов.
В третьей главе представлены результаты исследования вторичной ионной эмиссии с поверхности металлов, а также факторов, на нее влияющих.
Первая часть содержит описание и данные эксперимента по влиянию деформации алюминиевой и медной фольги на вторичную ионную эмиссию.
Выбор алюминия обусловлен его высокой вероятностью ионизации, что делает возможным работу с большими сигналами вторичных ионов.
В серии экспериментов наблюдался повышенный выход вторичных ионов с деформированных участков поверхности, особенно углерода, что объяснятся его радиационно-стимулированной диффузией из глубины образца к его поверхности [40]. Вообще говоря, радиационно-стимулированная диффузия является не единственной причиной увеличения выхода вторичных ионов с поверхности. Деформация образца при растяжении, с одной стороны, ведет к увеличению числа дефектов, а как
следствие, и числа слабосвязанных атомов, что ведет к увеличению вторичной эмиссии в целом, кроме того, деформация ведет к изменению зонной структуры, что влияет на вероятность ионизации и вторичную ионную эмиссию.
Изменения эти связаны с тем, что при увеличении расстояния между атомами решетки происходит смещение уровня Ферми с сохранением локальной плотности электронных' состояний, что ведет к изменению вероятности ионизации. Поскольку вероятность ионизации есть функция вида
P+=exp(-f(zo)), где в зависимости от используемой модели характерное расстояние zo, используемое в разных моделях, является явной или неявной функцией положения уровня Ферми, то изменение его положения приведет к изменению zo, а в силу экспоненциального характера зависимости даже небольшое изменение f(zo) (которая во всех рассмотренных моделях является линейной функцией z) ведет к значительному изменению Р+.
Сделанная ранее оценка и предварительный эксперимент по вторичной эмиссии с деформированной и недеформированной поверхности А1 показали качественное согласие [40].
Исследованная в настоящей работе зависимость интенсивности сигнала ВИЭ от деформации имеет экспоненциальный характер. На основании полученных данных был проведен расчет вероятности ионизации от деформации, которая так же имела экспоненциальный вид.
Во второй части исследуется ВИЭ с поверхностей ферромагнетиков в интервале температур, включающем точку магнитного фазового перехода.
Были исследованы температурные зависимости эмиссии вторичных частиц с ферромагнитных материалов с близким элементным составом и разной точкой магнитного фазового перехода. Были выбранны монокристаллы Fe-Ni сплавов с составом Fe/Ni: 65/35 (Тс=275иС), 60/40
(TC=360C), 50/50 (ТС=500С), а также сплав Fe/Ni/Mo с пропорциями 16/79/5 (ТС=345С). Эти ферромагнитные материалы обладают уникальными свойствами и широко используются. Эмиссионные характеристики выбранных сплавов практически не исследовались. Были получены следующие результаты:
Уширение энергетического спектра вторичных ионов компонент с поверхности сплава в парамагнитном состоянии примерно на 15% по отношению к ферромагнитному. Уширение обусловлено тем, что в парамагнитном состоянии являющимся менее упорядоченным по отношению к ферромагнитному, развитие каскада столкновений происходит более хаотично.
Наличие максимумов в зависимостях выхода вторичных ионов компонент от температуры вблизи точек, соответствующих магнитному фазовому перехода сплава, а также компонентов, в него входящих. Последнее связано с упорядочиванием по типу FeNi, FejNi и NisFe.
В третьей части проведено исследование влияния адсорбции кислорода на ВИЭ с поверхности меди. Вторичной ионная эмиссия демонстрирует высокую чувствительность к химическому состоянию поверхности, возможно возрастание выхода вторичных ионов до трех порядков при покрытии поверхности кислородом [55]. Влияние химического состояния поверхности на вторичную ионную эмиссию представляет существенный интерес как для фундаментальных, так и для прикладных задач.
В настоящей работе исследовалось влияние адсорбции кислорода на энергетические спектры вторичных ионов Си+ и Си'. После ОЧИСТКИ поверхности образца осуществлялся напуск кислорода в рабочую камеру установки с одновременным измерением энергетических спектров вторичных ионов с поверхности.
Обнаружено изменение амплитуды и формы (смещение положения
максимума в сторону меньших энергий при покрытии поверхности
кислородом) энергетического спектра вторичных ионов меди при напуске
кислорода. f
Было показано, что химические эффекты, наблюдаемые во вторичной ионной эмиссии, могут быть объяснены на основе модели электронного туннелирования [56].
Любой заряд, помещенный напротив металлической поверхности, индуцирует зеркально расположенный внутри металла заряд противоположного знака, создающий потенциал, который с расстояния нескольких атомных единиц от поверхности может быть аппроксимирован как l/(4(z-zin)) (здесь и далее используется атомная система единиц те = е = h = 1; 1 ат. ед. расстояния = 0.53 А, 1 ат. ед. времени = 2.419-10"17 с,
1 ат. ед. скорости = 2.188-108 см/с), где zim -координата плоскости изображения [58]. При взаимодействии с полем, индуцированным зарядовым изображением, потенциал ионизации валентного электрона атома изменяется вблизи поверхности. На некотором расстоянии z0 от поверхности металла потенциал ионизации и работа выхода совпадают. Таким образом, при z>z0 возможна нейтрализация эмитированной частицы.
Рассмотрим металлическую поверхность с адсорбированными на ней электроотрицательными примесями. Уровень сродства у этих примесей лежит ниже уровня Ферми и по этой причине занят. Потенциал, наведенный адсорбированным атомом, вызывает изменение в поведении электронного уровня в окрестности адсорбата, а именно смещение электронного уровня вверх. В этом случае эффективная длина нейтрализации (расстояние, на котором потенциал ионизации становится равным работе выхода) увеличится. Из-за экспоненциального спада электронных волновых функций металла вне поверхности даже малое увеличение эффективной длины нейтрализации может изменить Р+ на порядки величин [56].
В заключении третьей части на основе полученных экспериментальных данных рассмотрен механизм формирования отрицательных вторичных ионов. За основу взято соотношение Р'(Е)/Р+(Е) модели электронного туннелирования (которое в нашем случае эквивалентно Г(Е)/1+(Е) -соотношению интенсивностей сигналов положительных и отрицательных
С+
ионов). Предположим, что Р~ = ехр( ) и Р =ехр( )5 где с
V V
содержит Л и у. Тогда —- = ехр( ) и в силу того, что Г(Е)<Ґ(Е)
Р V
необходимо предположить С<СҐ. При этом соотношение P+/F должно стремиться к 1 при увеличении энергии, однако, как показал эксперимент, оно значительно меньше 1 и, более того, является не возрастающей функцией энергии ионов. Это дает основания предположить, что начальная стадия формирования отрицательного иона - нейтрализация положительного иона и последующий захват электрона.
В четвертой главе рассмотрены процессы зарядового обмена и пространственные распределения при рассеянии атомных частиц на поверхности алюминия под скользящими углами.
Первая часть главы посвящена исследованию межатомных потенциалов путем анализа пространственных распределений рассеянных частиц. Рассеяние происходило в направлении канала <111> в режиме поверхностного каналирования на поверхности монокристалла Al (111). Пространственное распределение рассеянных частиц в проекции на плоскость перпендикулярную первичному пучку представляет собой 2 пятна, лежащих на дуге окружности с центром, находящимся на оси первичного пучка. Наиболее простое объяснение дает одномерная модель рассеяния на поверхности монокристалла. В ней важна только энергия Ех, соответствующая скорости Vx в направлении, перпендикулярном к поверхности. Энергия Ех определяет эквипотенциальную поверхность, от которой произойдет отражение, а, как следствие, и угол в между
направлением, в котором произойдет фокусировка в пятно, и первичным пучком (это половина угла, соответствующего угловому сектору, в котором лежит все распределение).
В серии экспериментов с А1 применялись следующие ионы и атомы: Не, Ne, N, Cs, Na, О, Ar, CI, Br, S. Такой выбор элементов был продиктован их различными химическими свойствами - от инертных до химически активных. Что, в свою очередь, предполагает несколько различный характер взаимодействия и дает возможность более всестороннего изучения данной проблемы.
Были получены следующие результаты:
При энергии E.L, стремящейся к 0, значение угла в стремится к константе отличной от 0.
Установлена зависимость (для всех элементов кроме Na) значения угла 0 от Уц скорости параллельной поверхности с соответствующей энергией Ец (Vx была фиксирована, а менялась лишь Уц).
Установлено для ряда атомов CI, N, Na, О аномальное поведение значения угла 0 при малых параллельных скоростях. Зависимость от Ех имеет следующий характер: при Ех стремящейся к 0 - возрастание угла 0, при некотором значении Ех минимум, затем с дальнейшим возрастанием Ех выход значения угла 0 на насыщение.
Для интерпретации полученных данных был предложен новый модельный потенциал, представляющий собой отталкивающий потенциал взаимодействия с ионной подсистемой твердого тела V(r) и потенциал с переменным знаком, отражающим взаимодействие налетающих атомных частиц с электронным газом поверхности F(r). Был получен потенциал вида U(r)=V(r)+f(V||)F(r), где f(V||) - подгоночная функция компоненты скорости налетающей частицы параллельной поверхности мишени, изменяющаяся от 0
до 1. Расчеты модели на основе такого потенциала показали хорошее согласие с экспериментом.
Вторая часть главы посвящена исследованию процессов зарядового обмена на поверхности А1(111) при рассеянии ионов и атомов Не и Ne под скользящими углами.
Параллельная составляющая скорости Уц (в нашем случае для Не0, Ne) отвечает за кинетическую Оже-ионизацию (в общем случае за изменение заселенности зон мишени в системе отчета, связанной с движущимся атомом). Перпендикулярная составляющая скорости Vx отвечает за положение точки разворота налетающей частицы от поверхности мишени, а также за время, проведенное частицей вблизи поверхности.
В рассматриваемой серии экспериментов изучалось распределение рассеянных на поверхности А1(111) в random направлении атомов и ионов Не+/0 и Ne+/0 по зарядовым компонентам. Выбор Не и Ne обусловлен тем, что валентный уровень этих атомов лежит ниже дна зоны проводимости А1 и резонансный электронный обмен невозможен.
Были получены следующие результаты и сделаны выводы:
Измеренные пороговые значения скорости, параллельной поверхности, необходимой для процесса Оже-ионизации демонстрируют согласие с моделью кинематической Оже-ионизации.
Анализ соотношения фракций заряженных частиц при рассеянии ионов и атомов показал, что при рассеянии атомов начиная с определенного значения скорости, перпендикулярной к поверхности, наблюдается фракция отраженных заряженных частиц, превосходящая фракцию при рассеянии ионов.
Обнаружено, что с увеличением параллельной к поверхности скорости происходит уменьшение происходит уменьшение разности углов рассеяния нейтральных компонентов, при рассеянии
\
первичных нейтральных частиц и первичных ионов, вызванного взаимодействием иона с поверхностью, который при некотором значении скорости становится равным нулю, а затем отрицательным.
