Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Постановка задачи
1.1. Источники формирования оптического излучения при ионной бомбардировке твердых тел 12
1.2. Выход оптического излучения при взаимодействии ионов с поверхностью твердого тела 14
1.3. Возбуждение люминесценции твердых тел при ионной бомбардировке 28
1.4. Механизм образования возбужденных частиц при ионной бомбардировке твердых тел; проблема непрерывного излу -чения 34
1.5. Общая постановка задачи 40
ГЛАВА II Экспериментальные методы и техника эксперимента
2.1. Аппаратура для исследования ионолюминесценции 44
2.2. Измерительная камера и держатель образцов 55
2.3. Оптика и электроника 56
2.4. Калибровка аппаратуры 57
2.5. Образцы для измерений 62
2.6. Методика измерения пробегов ионов и концентрации F - центров в щелочно-галоидных кристаллах 66
2.7. Методика измерения энергии атомов, отлетающих от поверхности в возбужденном состоянии 73
Основные результаты и выводы 75
ГЛАВА III Ионолюминесценция щелочно-галоидных кристаллов
3.1. Основные закономерности свечения неактивированных ЩГК при ионной бомбардировке 77
3.2. Спектрально-кинетические характеристики стационарной люминесценции щгк,возбуждаемой при ионной бомбардировке 89
3.3. Исследование образования собственных радиационных дефектов в щгк при ионной бомбардировке 98
3.4. Механизм стационарной люминесценции щгк, возбуждаемой при ионной бомбардировке 121
Основные результаты и выводы 132
ГЛАВА ІV Природа широких полос и непрерывного спектра и0нн0-фотонной эмиссии при ионной бомбардировке твердых тед
4.1. Введение 134
4.2. Влияние адсорбции активных газов на интенсивность и спектральный состав ионно-фотонной эмиссии 140
4.3. Влияние параметров ионной бомбардировки на интенсивность континуума оптического излучения металлов и их окислов 148
4.4. Масс-спектрометрическое исследование широких полос и континуума оптического излучения твердых тел при ионной бомбардировке 166
4.5. Молекулярная модель широких полос и непрерывного
излучения при ионной бомбардировке твердых тел ...175
Основные результаты и выводы 212
ГЛАВА V Эмиссия фотонов при ионной бомбардировке твердых тел
5.1. Введение 215
5.2. Анализ формы спектральных линий рассеянных атомов (теоретический расчет) 216
5.3. Результаты измерений и теоретического расчета формы спектральных линий рассеянных атомов 223
5.4. Квантовый выход ИФЭ и ионолюминесценции твердых тел 227
5.5. Исследование пространственного распределения интенсивности линейчатого спектра ИФЭ 238
5.6. Исследование кинетического механизма ионно-фотонной эмиссии
5.6.1. Энергетическая зависимость выхода ИФЭ 248
5.6.2. Модель и методика расчета 252
5.6.3. Результаты и их обсуждение 257
Основные результаты и выводы 261
ГЛАВА VІ Применение ифэ и ионолюминесценции для анализа поверхности твердых тел
6.1. Применение ионолюминесценции для анализа продуктов, адсорбированных на поверхности твердых тел, и собственных радиационных дефектов решетки 263
6.2. Применение ИФЭ для элементного анализа поверхности твердых тел
6.2.1. Обоснование методики 270
6.2.2. Применение ИФС для анализа диэлектриков и полупроводников 273
6.2.3. Применение ИФС для анализа металлов 277
6.3. Использование вторичноэмиссионных явлений для диаг
ностики и контроля поверхности 280
Основные результаты и выводы 285
Заключение 286
Приложение 290
Литература
- Выход оптического излучения при взаимодействии ионов с поверхностью твердого тела
- Методика измерения пробегов ионов и концентрации F - центров в щелочно-галоидных кристаллах
- Исследование образования собственных радиационных дефектов в щгк при ионной бомбардировке
- Влияние адсорбции активных газов на интенсивность и спектральный состав ионно-фотонной эмиссии
Введение к работе
Накопленная к настоящему времени научно-техническая информация свидетельствует о том, что излучения являются мощным средством изменений свойств вещества и как новый вид воздействия ини имеют определенные преимущества перед механическими,электрическими и тепловыми воздействиями. В связи с разработкой ряда приборов, работающих в поле низкоэнергетического корпускулярного излучения большой интенсивности, развитием технологии ионного легирования, задачами физической электроники и эмиссионной техники возникла необходимость исследования физических процессов и характера взаимодействия ионов с поверхностью твердых тел.В настоящее время физика вступила в новый этап - этап учета поверхностных явлений. Энергия быстрой первичной частицы (иона) при бомбардировке поверхности идет на протекание ряда вторичных процессов: часть энергии расходуется на распыление решетки мишени, эмиссию электронов, ионов, фотонов, быстрых нейтральных частиц-эта энергия выносится из твердого тела; другая часть энергии остается в твердом теле и идет на образование радиационных дефектов, различных электронных и фононных возбуждений решетки, люминесценцию, структурные превращения.
Все вторично-эмиссионные явления энергетически тесно взаимосвязаны друг с другом и для исследования влияния ионной бомбардировки на твердое тела желательно выбирать явление,которое является достаточно чувствительным для получения необходимой информации С этой целью использовалось оптическое излучение,которое одновременно несет информацию как о процессах, протекающих внутри твердого тела (при регистрации люминесценции), так и вне его (при регистрации ионно-фотонной эмиссии выбитых и рассеянных атомов).Для изучения радиационного дефектообразования использовались щелочно-галоидные кристаллы (щгк). Щгк являются модельными
6.
структурами, на которых хорошо изучены процессы образования дефектов при взаимодействии с рентгеновским излучением,УФ-светом, электронами. К настоящему времени нет систематических исследований накопления радиационных дефектов в щгк при ионной бомбардировке.
Оптическое излучение рассеянных и выбитых атомов (ионно-фо-тонная эмиссия) несет информацию о процессах, протекающих в первый нескольких монослоях твердых тел. Изучение закономерностей этого излучения позволяет разработать механизм образования возбужденных атомов (который в настоящее время не установлен) и на базе этого разработать метод элементного и послойного анализа поверхности. Наряду с этим уже в течение более десяти лет существует проблема непрерывного оптического излучения переходных и редкоземельных металлов с незаполненной d и 4- -электронной оболочкой. Решение этой проблемы позволит применить это излучение для исследования характеристик поверхности и разработать на этой основе практические приложения.
Таким образом, актуальность, научная и практическая значимость исследования одновременно ионно-фотонной эмиссии и ионо-люминесценции поверхности твердого тела не вызывает сомнений.
КРАТКАЯ АННОТАЦИЯ
Задачей настоящей работы явилось экспериментальное и теоретическое изучение процессов и механизмов оптического излучения на поверхности, над поверхностью и в приповерхностной области твердых тел при ионной бомбардировке.
Подобная задача поставлена впервые,что обуславливает новизну полученных результатов и открывает новое научное направление в физике твердого тела-оптической спектрометрии поверхности твердого тела на базе методов ИЛ и ИФЭ.
Работа начата в 1969 году в Донецком государственном универ-
7.
ситете. Тема исследования включена в Координационный план НИР АН СССР и УССР по проблеме "Радиационная физика твердого тела"на 1980-1985гг (шифр 1.3.8.3 пост. Президиума АН УССР №251 от ), а также в Программу комплексных исследований вузов Минвуза УССР по проблеме "Физико-химические, структурные и эмиссионные свойства тонких пленок и поверхности твердого тела" на 1981-85 гг (приказ МВССО УССР №376 от 24.7.81г.).
В качестве объектов исследования выбраны сверхчистые щелоч-но-галоидные монокристаллы, чистые металлы и их окислы.
В результате проедланной работы исследованы процессы и механизмы формирования оптического излучения, сопровождающего ионную бомбардировку твердого тела. Разработаны механизмы этих явлений. Изучено образование собственных радиационных дефектов в щгк при ионной бомбардировке, измерены пробеги ионов, исследовано пространственное и энергетическое распределение рассеянных и выбитых атомов, определен абсолютный квантовый выход излучения. Развит кинетический механизм ионно-фотонной эмиссии. Обоснована модель формирования нецрерывного оптического излучения при ионной бомбардировке поверхности твердых тел.
Впервые обнаружена и исследована стационарная высокотемпературная люминесценция при ионной бомбардировке щгк и установлен ее конкретный механизм.
Научные положения, которые выносятся на защиту:
1. При ионной бомбардировке щгк существует высокотемпературная
стационарная люминесценция, обусловленная рекомбинацией свобод
ных электронов с дырочными центрами \4 - типа.
2. Кинетика накопления собственных радиационных дефектов ( F и
N4 - центров) в щгк, как и кинетика ИЛ, связаны с параметрами
ионной бомбардировки и протекают в три этапа: роста, насыщения и спада.
8.
Непрерывное оптическое излучение при ионной бомбардировке поверхности твердых тел формируется в медленных атомных столкновениях в присутствии атомов-окислителей по молекулярной модели с образованием предиссоциативного состояния молекулы окисла.
При больших энергиях сталкивающихся частиц (сотни эВ) ИФЭ протекает по кинетическому механизму при возбуждении внешних электронов оболочки выбиваемого атома за счет неупругой передачи энергии при столкновении. В зависимости от энергии, сорта налетающего иона, угла бомбардировки и типа мишени возникает одна или несколько групп скоростей отлетающих возбужденных атомов и столько же энергетических порогов возбуждения ИФЭ.
Метод ионно-оптической спектроскопии для элементного анализа поверхности твердых тел.
Кроме вышеизложенных основных научных положений, в диссертации обоснован ряд частных результатов^ именно:
Определены максимальные концентрации дефектов в щгк, создаваемых при ионной бомбардировке в зависимости от типа кристалла, энергии пучка ионов и рода ионов. Получены кинетические уравнения, описывающие эти процессы.
Определены пробеги ионов в щгк в зависимости от энергии первичного пучка.
Найдена связь между Щд и ИЛ щгк и с концентрацией образуемых радиационных дефектов при ионной бомбардировке.
4..Измерен абсолютный квантовый выход ИФЭ и ИЛ.
5.Разработана аппаратура и методики для изучения образования радиационных дефектов, определения профилей ионного легирования, для контроля состояния поверхности, определения пробегов ионов, для анализа молекулярных продуктов,образующихся на поверхности твердых тел.
9.
Проведен анализ влияния каскадных оптических переходов на характеристики ИФЭ (квантовый выход, пространственное распределение).
Предложен метод "мягкой" очистки поверхности диэлектриков и полупроводников за счет энергии рекомбинации атомов активных газов.
10.
Практическая ценность работы и реализация результатов исследований» В результате проведенных исследований автором были установлены количественные связи наблюдаемых ИФЭ и ионолюминес-ценции (ИЛ) со свойствами поверхности и приповерхностного слоя твердых тел. Научные положения и результаты диссертации были внедрены. Была разработана аппаратура и новые методики для комплексного исследования эмиссионно-оптических характеристик твер> дого тела, определения элементного состава и профилей легирующих примесей, для анализа толщины пленочных покрытий и определения концентрации дефектов и т.д.
Полезность разработанных методов анализа подтверждена актами о внедрении на предприятиях страны с общим экономическим эффектом 2 миллиона 948 тысяч рублей.
Личный вклад автора. Диссертация автора является результатом многолетней самостоятельной работы, обобщающей результаты лично его, а также выполненные в соавторстве с сотрудниками. В цитируемых в диссертации работах автором ставилась задача, обсуждались полученные результаты, делались выводы, было совместное с сотрудниками участие в эксперименте и обработке результатов на ЭВМ. В совместных работах автору принадлежат изложенные в заключении диссертации выводы и их обоснование.
II.
Несколько слов о структуре диссертационной работы.
Так как в диссертации рассматривается довольно разнообразный круг вопросов, так или иначе связанных с разрабатываемой темой, то краткий анализ состояния исследований и постановка задачи даны в отдельной главе (гл.1). Из главы I видно, что несмотря на широкий круг исследуемых материалов, разрабатываемые вопросы весьма тесно связаны друг с другом как в плане методик, протекающих явлений, так и механизмов, описывающих элементарные энергетические процессы.
Всаедствие этого ограничены по объему параграфы "введение" к каждой главе. В конце каждой главы даны основные результаты и выводы, которые затем обобщены в заключении.
12.
Выход оптического излучения при взаимодействии ионов с поверхностью твердого тела
В оптических спектрах могут наблюдаться широкие полосы при возбуждении налетающими ионами поверхности и объема твердого тела [I8J. Это излучение (люминесценция) возникает благодаря распаду экситонов и рекомбинации электронно-дырочных пар на собственных (биографических), примесных, радиационных дефектах твердого тела, протеканию на поверхности излучательных реакций между радикалами, созданными при бомбардировке. Взаимодействие налетающих ионов с атомами и молекулами примесей и приповерхнос тных загрязнений приводит к возбуждению оптических спектров,которые могут быть использованы в методе количественного спектрального анализа [l9j. Излучение наблюдается как на поверхности и в объеме твердого тела, так и над поверхностью.
Наконец, в спектрах твердых тел, возбуждаемых ионами,можно обнаружить в некоторых случаях непрерывное излучение в процессе распыления ионами. Оно наблюдается над поверхностью твердых тел и характерно для металлов с незаполненными т - и d -оболочками. В литературе выдвинуто много предположений и моделей об источниках его формирования, но ни одна из них не объясняет всей совокупности экспериментальных данных. Непрерывное излучение (континуум) не обладает признаками люминесценции,так как понятие люминесценции относится не к отдельным излучающим атомам или молекулам, а к их совокупности - телам. Континуум излучения при ионной бомбардировке имеет место вне твердого тела. Протяженность ореола для непрерывного излучения достигает нескольких миллиметров от поверхности твердого тела, где возмущение атомных уровней излучающих частиц поверхностью твердого тела практически равно нулю.
Под действием ионной бомбардировки над поверхностью образуется светящийся "ореол", который формируется при спонтанном девозбуждении ионов, атомов и молекул, отлетающих от поверхности. Для неметаллов излучательные процессы протекают также на поверхности и в объеме твердого тела. При низких и средних энергиях налетающих ионов тормозное, переходное и характеристическое рентгеновское излучение не дают заметного вклада в наблюдаемые спектры и мы не будем его рассматривать; испускаемое излучение лежит в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра [см. напр. IJ. Выход как ионно -фотонной эмиссии, так и люминесценции, определяемый числом испущенных фотонов в заданном спектральном интервале на бомбардирующий ион, пропорционален потерям энергии налетающего иона. Однако, мы будем при дальнейшем рассмотрении разделять эти процессы, так как излучательные переходы протекают в них по разному.
Многочисленные эксперименты показали, что спектральный состав ионно-фотонной эмиссии определяется природой отлетающих частиц, а ее интенсивность - параметрами взаимодействия системы налетающий ион - твердое тело [см. напр. 8J. Анализ элементарных переходов атома, покидающего поверхность твердого тела в возбужденном состоянии, показывает, что вблизи поверхности твердого тела наряду с излучательными переходами атома наблюдаются безизлучательные (резонансная ионизация и Оже-релаксация). Скорость последних дается выражением [20] : где л и а - постоянные, характеризующие скорость протекания процесса.
Согласно оценкам, проведенным в ]2l] , период безизлуча-тельных процессов порядка 10 10 с на расстоянии нескольких ангстрем от поверхности. Поскольку время жизни возбужден —Я ного состояния порядка 10 с, то очевидно, что безизлучатель ные процессы могут сильно влиять на вероятность ухода возбужденной частицы в вакуум. Вероятность dW(l,lf) того, что возбужденный атом, имеющий скорость и на некотором расстоянии С испытывает безизлучательный электронный переход, найдем из выражения: где W/сЙ- вероятность того, что атом может унести возбуждение на некоторое расстояние с . Интегрируя (2), найдем t W = 2хр( где Г - нормальная составляющая средней скорости отлетающего атома. Подставляя (І.І.) в (1.2.) и беря верхний предел интегрирования t:«, т.к. R(i) быстро уменьшается с расстоянием, получим Из (1.4) следует, что чем больше Р± , тем больше вероятность атому не испытать безизлучательный переход и, следовательно, тем больше вероятность излучательного перехода. Величина Я/а для металлов и диэлектриков имеет большое различие.
Методика измерения пробегов ионов и концентрации F - центров в щелочно-галоидных кристаллах
Последние представляли собой промышленные люминофоры. Содержание примесей в промышленных люминофорах определяется ГОСТ-ами 204. Очистка поверхностей промышленных люминофоров производилась путем тренировки образцов в атомарном водороде или путем бомбардировки ионами ПР с энергией 5,0 кэВ и плот-ностью тока 0,1 мА/см в течение 20 минут. Металлические образцы представляли собой моно- или поликристаллы высокой чистоты (99,97%). Перед введением в вакуумную камеру образцы механически полировались или электрополировались и равились в растворителях. После полировки образцы очищались в метаноле и осушались азотом. В случае поликристаллического молибдена при бомбардировке протонами нами было обнаружено, что метод механической полировки по сравнению с методом злектрополировки дает незначительное различие в форме наблюдаемых линий фотонной эмиссии. Плотность тока бомбардируемых ионов была достаточной для распыления нескольких монослоев материала мишени за минуту.Было обнаружено, что предварительная обработка поверхности металлической мишени ионным пучком достаточна, чтобы гарантировать высокую степень чистоты поверхности. В экспериментах было найдено, что интенсивность ИФЭ имеет изменения в течение первых нескольких минут бомбардировки свежей мишени, после этого сигнал остается стабильным в течение многих часов. Данные эксперимента в течение первых минут бомбардировки металлических мишеней не принимались во внимание.
Для определения концентрации дефектов в щелочно-галоидных кристаллах необходимо знать глубину проникновения ионов в кристалл, а также распределение дефектов по глубине. Как было отмечено в главе 2, в области энергий ионов водорода 30-Ю0кэВ может быть справедливой формула Юркова, (см.ур-е 1.27.), которая получена без разделения параметра удара частиц на 2 части, но она требует экспериментальной проверки. В общем случае пробеги киловольтных протонов происходят на очень малую глубину образца: единицы и десятки нанометров. С этим связаны трудности получения информации о дефектах, образующихся при ионной бомбардировке. Экспериментальное определение пробегов протонов с энергией 30-100 кэВ производилось нами по люминесцентной методике [205J. Она основана на измерении глубины возбуждения и состоит в следующем: обладающая способностью к люминесценции (активированная) пленка бомбардируется ионами, при этом измеряется интенсивность ионолюминесценции в зависимости от энергии возбуждающих частиц. С увеличением энергии бомбардирующих ионов интенсивность ионолюминесценции вначале растет по параболе, а затем увеличивается почти линейно. Начиная с некоторой определенной энергии линейность нарастания нарушается, кривая ионолюминесценции испытывает насыщение, а затем наступает спад интенсивности свечения. Это означает, что часть бомбардирующих ионов уже пересекла люминесцирующий слой пленки и проникла в подложку.
Были получены монокристаллические пленки ис парением в вакууме соответствующих солей с атомной концентрацией активатора (европий) 10 %. Чтобы ограничить диффузию ак тиватора в подложку, для пленок в ка честве подножек были взяты монокристаллы Net СL и KLL соответственно. Параллельно при тех же условиях напылялись пленки на стеклянные подложки. Испарение проводилось при давлении 10 Па и температуре 390 К. Известно, что при указанной температуре на монокристаллах происходит рост монокристаллических пленок № и Natt [гоб] . Толщина пленок на монокристаллах и соответствующих пленок на стеклянных подложках принималась равной а толщина последних измерялась с помощью микроинтерферометра ЖИ-4. Измерение пробегов проводилось на ионно-лучевой установке с высокочастотным источником ионов и ускорительной секцией. С помощью диафрагм, установленных между магнитным масс-анализатором и камерой образца, выделялся узкий пучок ионов водорода диаметром 3 мм и угловым разбросом 0,2. Образец устанавливался по отношению к пучку под углом 42, чтобы свести к минимуму эффект каналирования. Интенсивность люминесценции измерялась в относительных единицах, как отношение тока с фотоумножителя к току пучка протонов. Использовалась безмасляная откачка. Рабочий вакуум в камере образца составлял Ю"бПа.
Расчет средних ионизационных потерь протонов с энергией 30-100 кэВ в щгк был проведен по формуле, которая была получена в работе Юркова Б.Я. [49J из формулы Бете без разделения параметра удара на две области ( 1, ур-е 1.27.).
Так как ионные кристаллы содержат атомы различных элементов, то потери энергии могут быть вычислены с хорошей точностью путем аддитивного сложения тормозных способностей элементов Справило Брегга).
Исследование образования собственных радиационных дефектов в щгк при ионной бомбардировке
Плотность тока пучка ионов водорода была постоянной и для разных образцов находилась в пределах 10+15 мкА/см при площади пучка на образце S = 6,5мм7 Образцы перед возбуждением Ш1 отжигались в вакууме 10 Па и температуре Т=700 К в течение часа. Видно, что интенсивность ИЛ при различных температурах возбуждения имеет два участка. При низких температурах первый участок связан с быстрым падением интенсивности ИЛ за период до I минуты, а затем на втором участке интенсивность возрастает до насыщения. Напротив, при высоких температурах возбуждения в первый момент после включения ионного пучка первого острого пика нет, интенсивность ИЛ растет монотонно до насыщения, а затем она падает. На всех кривых доз-ной зависимости интенсивности ИЛ имеются области, где интенсивность возрастает с дозой; это подтверждает, что центры, ответственные за люминесценцию, образуются в результате ионной бомбардировки. Тот факт, что интенсивность ИЛ в начале бомбардировки не равна нулю, в особенности при низких температурах мишени, свидетельствует о присутствии этих центров (или их базы) в приповерхностном слое до бомбардировки. Наиболее интенсивные пики ИЛ в начале бомбардировки достигаются при "закалке" образцов: нагреве мишени до 700К и быстром охлаждении до низких температур (80-fI40K). Наоборот, медленный "отжиг" щгк приводит к исчезновению острого пика на кинетической зависимости ИЛ. Природа этого пика, связанная с образованием бивакансий, будет обсуждена, при анализе механизма ИЛ. Спад интенсивности свечения в области высоких доз облучения, по нашему мнению, вызван преобразованием дефектов, являющихся центрами люминесценции, возникновением кластерных дефектов, безизлучательными энергетическими переходами в образовавшихся кластерах.
Характер формирования центров свечения, протекание излу чательных и безизлучательных реакций, преобразование центров позволяют выявить температурные зависимости интенсивности по лос ИЛ. На рис.3.12 3.14 приведены графики зависимости интен сивности максимума спектральных полос от температуры для четы рех образцов: UF . Само положение полос в спект ре ИЛ не зависит от температуры. Если в температурной зависи мости интенсивности ИЛ наблюдается по одному характерному для данного монокристалла максимуму, то для Li г имеется ряд пиков, причем положение пиков различно для двух спектральных полос (hma)t =335 нм и Лмл =515 нм). Тот факт, что интенсивность ИЛ является функцией температуры показывает, что образование и стабилизация радиационных дефектов, ответственных за эту люминесценцию, зависит от температуры. Известно, что при облучении монокристаллов при температурах, близ ких к комнатной образуются стабильные электронные центры F и г%(М) -типа, а также комплементарные им дырочные центры и \4 1см.напр. 228-231]. До наетоящено времени остаются мало изученными и процессы образования радиационных дефектов в щгк при ионной бомбардировке поверхности твердых тел. Это связано с трудностями исследования поверхности, сложностью методики эксперимента. Поэтому, для установления конкретного механиз ма стационарной люминесценции щгк при возбуждении ионными пуч ками были проведены исследования образования наиболее массо вых электронных и дырочных центров при бомбардировке щгк иона ми низких и средних энергий (I—100 кэВ). Ионы указанных энер гий получили широкое распространение в ионной технологии (ле гирование, обработка материалов, защита от коррозии, очистка, вторично-эмиссионные явления, упрочнение и т.д.).
Для выяснения механизма собственной люминесценции щгк при возбуждении пучком ускоренных ионов необходимо исследовать закономерности образования собственных радиационных дефектов при ионной бомбардировке. Ионная бомбардировка является эффективным способом наведения радиационных дефектов на поверхности и приповерхностных слоях твердых тел. В отличие от рентгеновского и ультрафиолетового излучения быстрые ионы эффективно создают первичные френкелевские дефекты как за счет ядерных столкновений, так при рекомбинации электронно-дырочных пар, образованных в треке налетающего иона. При этом толщину дефектного слоя можно легко варьировать путем изменения энергии бомбардирующих ионов. В связи с разработкой технологии ионного легирования, а также приборов, рабочим элементом которых является поверхность твердых тел или приповерхностный слой, подвергаемых ионной бомбардировке (катоды, люминесцентные и полупроводниковые дозиметры,микроэлектронные устройства),возникает необходимость исследования дефектов, образуемых быстрыми ионами в приповерхностных слоях полупроводников и диэлектриков.Закономерен интерес к изучению образования дефектов на модельных структурах - щелочно-галоидных кристаллах.
Ускоренные ионы, бомбардирующие мишень,взаимодействуют как с электронной,так и ядерной подсистемой.Эффективность передачи энергии при взаимодействии с ядерной подсистемой зависит от скорости налетающего иона,его типа. Радиационные дефекты возникают в основном в результате упругих соударений падающих на кристалл ионов с ядрами атомов кристалла (ударные механизмы
Влияние адсорбции активных газов на интенсивность и спектральный состав ионно-фотонной эмиссии
Прежде всего необходимо выяснить, какую роль играют активные газы, такие как кислород, окись углерода, азот, водород, образующие химические соединения с металлами, на интенсивность и спектральный состав непрерывного излучения. Эти активные газы входят в состав остаточных газов при вакуумной откачке измерительных камер, а также могут присутствовать в объеме образца в форме растворов или химических соединений.
Аппаратура для экспериментов, методика приготовления образцов и методика исследования были такими, как описаны в главе П. Образцы металлов, чистота которых бьша лучше, чем 99,9% после механической и электролитической полировки устанавливались в манипулятор под углом 60 по отношению к пучку бомбардирующих ионов. Ось монохроматора была перпендикулярна направлению падающего пучка ионов, так что обычно спектрометрировалось пространственное излучение, включая поверхность мишени. Для исследования излучения только над поверхностью мишени на расстоянии несколько миллиметров от нее, угол бомбардировки выбирался равным -13. Это означает, что угол между направлением пучка и нормалью к мишени составлял 13, но мишень бьша расположена так, что к монохроматору была повернута обратная сторона мишени, на которую ионный пучок не падал. Площадь мишени, бомбардируемая ионным пучком,составляла 5 мм» а плотность тока пучка - 10 мкА/ewr. Вакуум в камере образца был не хуже, чем 10 Па. Состав остаточного газа в камере образца контролировался с помощью массанализатора ( LLbtek model 607).
На рис.4.2. показан спектр ионно-фотонной эмиссии при бомбардировке молибденовой поликристаллической мишени ионами Нґ с энергией 23,5 кэВ при напуске кислорода в камеру образца до парциального давления 2 10 Па. После откачки кислорода из вакуумной камеры до общего давления 10 Па (парциальное давление 02 составляет 5 10 Па) наблюдается спектр, показанный на рис.4.2. Следует отметить, что спектр, подобный показанному на рис.(а) приведен в ранее опубликованных работах Керк-дайка с сотрудниками [I22J и Байта с сотрудниками [129,130,131]. В наших же экспериментах этот спектр наблюдается только в присутствии определенной концентрации кислорода в камере образца. Так как в ранних исследованиях использовался более низкий ва-куум (2 10 Па и больше), то наблюдаемый спектр ИФЭ Мо может быть связан с присутствием кислорода в камере образца. В отсутствие напуска кислорода спектр состоит из атомных эмиссионных линий молибдена в области 380-390 нм и слабых линий около 310 нм, которые при высоком разрешении легко можно определить и идентифицировать. Атомные эмиссионные линии молибдена наблюдаются также и тогда, когда присутствует кислород в камере образца. Спектр излучения молибдена в присутствии кислорода имеет форму континуума, простирающегося от 250 до 550 нм с широкими пиками преимущественно при 290 нм и 360 нм. Эти пики г т были исследованы в Ll29Jnpn разрешении монохроматора 0,1 А и имеют полуширину нескольких десятых нанометра и не имеют структуры и в дальнейшем, в отличие от непрерывного излучения, мы будем их называть широкими полосами. Таким образом, интенсивность набЛЮдаемых широких полос и континуум излучения зависит от концентрации кислорода. На рис.4.2.в и 4.2.г приведен спектр Щд окисла молибдена - Мо03 при бомбардировке ионами аргона: этот спектр идентичен тому, который наблюдается при бомбардировке чистой молибденовой мишени в присутствии кислорода. При напуске в камеру образца молекулярного азота и водорода континуум и широкие полосы не наблюдались. На рис.4.3.а приведен спектр излучения молибдена при напуске Hg в камеру образца. При напуске окиси углерода континуум и широкие полосы появлялись снова, а интенсивность их была большей, чем при напуске кислорода при одинаковом парциальном давлении (рис.4.3.б). В присутствии окиси углерода появляется также линия 426,7 нм, которая может быть идентифицирована как переход Ц F - - 3 DB распыленном ионе углерода. Нами были проделаны эксперименты с целью определить, влияет ли на наблюдаемые спектры тип бомбардирующего иона.
