Экспериментальное исследование ионных спектров No+, Ar+,K+ и определение степени ионизации атомов, рассеянных от монокристаллической поверхности вольфрама тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

^СДИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ им. У. А. АРИФОВА

7 «к? «й

На правая рукописи

МАКСУДОВ АТХАМ ЗАШУТДШОВИЧ

УДК 537. 534.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИОННЫХ СПЕКТРОВ №>\ Аг*, К* И ОПРЕЛЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ НМЭАЦИИ АТОМОВ, РАССЕЯННЫХ ОТ МОНОКРИСТАЛЛКЧЕСКОЛ ПОВЕРХНОСТИ ВОЛЬФРАМА

01.04.04. - Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискзшэ ученой стопогш кандидата физико-магеиатическкх наук

ТАШКЕНТ - 1333

Работа выполнена з Ташкентском государственном университете.

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Кандидат физико-математических наук, доцент I мшоа ы. д. I

Лектор физико-иатэкатйчгских наук. ФЕРЛЕГЕР В. К.

Доктор физико-математических наук. 'профессор алиев А. А.

Доктор фкзико-катематичоских наук,,

профессор

УМАРОВ Ф. Ф.

Ведущая организация: Ташкентский Государственна Технически!:

Университет км.Абу Райхока Беруни.

'Защита состоится "2%" üJLGLbvyiei. 19^3 г. £ час.

на заседаний Специализированного Совета Д.015.23.21. в Институте электроники им, У. Л. Арифова АН РУз. по адресу: 700125 Ташкент, ГСП, Академгородок.

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке Института Электроники 1Ш. У. А. Арифова.

Автореферат разослан "2D" Cfj0opixJ&. 1995 г.

Учений секретарь Специализированного Совета,доктор Г,

физлко-математичееккк наук '" Итьлсов А. 3.

' ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы:Флзкуеская электроника является .одним из игстро раззизасвшхся разделоз современной физики. Сна тесно взаимосвязана г.г,к с хороко изученными разделами: атсккой физикой, ?азиксй твердого тела, сиззпеской оптикой, тах "л о таким:: новыми вправлениям:, как фкзкка плазмы и фкзиха- поверхности.

Прогресс физячесчоЛ электроники з последние годы позволил гспеано реккть. цедкй ряд ¿укдг?.:еятгльньо: и прикладных задач, сзя-1анну>: с перечисленными разгеламк физической каухи. а такке с ря-ю« областей современной техники Н технологии. •

'. Традиционным для физической электроники является интерес к :сследсзак:ю 'свойств, состава у. структуры монокристгллических по-ерхксстей. Одним кз са:лк перспективных методов, позволяющих поучить информации о структуре поверхности на атомном уровне, является спектроскопия рассеянна медленных иокоз (СРМИ). •/ Медлек-ыми 2 гтоа области физика считаются коны с энергией меньше нес-ольких килоэлектронвольт. V В методе СРМЙ.анфоршшз о сзо'-ютвах .снокрюсталлоз, как пргзядо. извлекают кэ измеренных тонких токоз их ориектацкокных зависимостей. В настоящее- время ясно, что акоЯ подход является ограниченна. 'Он не кожет дать количествен-кх харачтйрйсткх я да;;-з ¡качественные выводя в некоторых случаях огут оказаться неверны;«.

Пусть, например, некоторая поверхностная структура дает четий сигнал в лонной спектре, а другая структура з конном спектре г проявляется. Зто ес-э не означает, что первая .структура дошши-/ет на поверхности, а вторая отсутствует, так как сигнал от пер-эй иотзт исходить преимущественно я виде ионов, а от второй - в яде меИтралеЗ.

Поэтому, дальнейшее развитие метода СРМИ связано с изкерени-ш степгке:: яояазгакя рассеянных частиц -

Степень понизан;:;; - это физическая величина, характеризующая чрядсзсз состояние сяэтаяиих от поверхности веаества атомных

1сг;:ц. Она определяется отко;иением:

:)4*= С13.

Я

:е .тс.ч от?л:.>?хкзд ионов с данный ?грядок 1, рассеянных с

игнсЗ гнергхей 2 з ааннсм направления С??,;?), ?. Н - та жв самая

ао/шчина, ко 'просумкирозакка.4; зсегозкожн^ч ссстсякхяп ъгл троадой оболочки окдагаэднх ч^стац, ife обща сообракен:::; яс: что в случае, когда частаца отлетает от хонокрксгалличг-схой: :

верхностк, Rl + , И ?. т>1г- доек* быть ориеитаодк&с чу^ст»'.^-.!.«-« íísí функция&Oi.

Отметим, что зеличхка rf е-: завксяксстг сг параметра í. Сардкрусхвго яучхг s харахтерхстг..-; облучаемых доклюй. .i то*: •••• ло к оривнтацконнае заз»с:шо&т:;, ocz^pxz-г унилады»уй лс •ленг.с лнфорлашш и для теорж форюфоваал заояко&мх сзстоамш рай : нык и распыленны-: чгстии,.

К моменту начала выполнения лагшой рабстк пс ;!с;:е?зккя:/. аекк ионизации часткц. рассалкьис от «»ококрксгаяяичезйж пезо Hocreii я по ормеятгайонян.м зависимостям яоякхх тоис« -'.мелась :: едккичныо пубяикааж з области срглигм saepruy иснсх о. oo;i¿: «алых энергий, наиболее интересной для д:;аг:;сстиш- и '«срзь ккх изкерэкий не крсзолнлпоь.

Целы) работа лзяяется создан:^ SKcnepiixsñrwi

методпwj, пригодной для асагедовгакл гакслолернсстей роршрс:>; конник токов ArV К+'я йх оргвгладскких зависаос.'« также ориентациониьг огвисиу.остей спе.-стральийс характер» степени козкзацкс-кокоз Дг+, рассеянных от иозержостя монсл' таяко» 2 области кглых энергий: 0,5 кэВ < ¿ < 3 S3E.

Научная новизна работы оакявчаэтол з следужих результа' полученных гпервыз. .

- Разработана кетедшсс и шдераизкро£ак зксперпментгл прибор для иэмерэкий ионных токсв рассеянии: Ч£ст::ц их opus ционных зависимостей, 'позволяющая получить кафорцааа» оо ориз цксакой чуьст&ктолькости -степзкк ионазаокк рассрянк®: часткц пык энергий. В случав рассеяна« Ar* преглсаека оригинальна* 5. лика измерения степени иокизаака В рамках' зтог, кзтодаси й* Ar* измеряется обычным образок, J sí тлчкна S. союзной -¿кг* которув вносят нейтральные ато! ы, с ¡ргдаляотся путек: ггке; ионного тока рассеянного К*., Д.ло г той, что калкП, жег: 'oóbs аргоном ¿tacoу, рассеивается поверхностью веаествг. точно как аргон. Ко, в отличие от аргона, для которого холя • лоно: превышает нескольких процентов, калий рассеивается от чкстьз: таллическкх поверхностей практически только 5 зкдэ ;;онсз, его потенциал ионкзацг i мекьме, чем работа ьькода чксть.т. гславккх металлов.

о

- Проведена экспериментальная проверка корректности данной методики путем сравнения полученных с во помоаьв результатов для поликристаллической мишени, с результатами, полученными с поьсощьв методики прямого измерения степени ионизации, разработанной наш; ранее, но не пригодной для исследования ориентационных эффектов.

- Измерены ионные токи и произведена оценка относительной величины степени ионизации, и ее зависимости■от начальной энергии для ионов Не+, Ка* и Аг\ рассеянных от граней монокристалла УС 110) и К(112Л Показано, что для всех исследованных ионов, степень ионизации на грани С110.) примерно в два раза меньше, чей на грани (112.}, имешей меньшую.плотность.

-Установлено, что зависимость степени ионизации от скорости рассеянных частиц отличается от даваемой формулой Хегструма т?*= ехр С~Уо / где нормальная к- поверхности составляющая скорости рассетакой частицы, причем это отличив тем больше, чем больше касса иона.

- Путем измерения зависимости ионных токоз Аг+ и К+ от углов схолыяиня а. вылета V а азимутального угла рассеяния р, установлен характер ориентационноя чувствительности • степени ионизации рассеянного Аг4".

- Проведено сравнение результатов измерений с расчетами тД основанными на модели формирования зарядовых состояний рассеянных частиц в процессах захватов и потерь электронов от отдельных атомов поверхности. Получено хорошее качественное согласие с теорией.

Научная и практическая ценность работа. Научная ценность работа заключается в том, что полученные экспериментальныэ данные позволили установить характер ориентгаионной чувствительности процессов формирования зарядовых состояний рассеянных частиц в области ыальга энергии, провести экспериментально проверку модели формирования зарядовых состояний, учитывающей вклад в нейтрализацию от отдельных атомов поверхности, уточнить значения входящих в модель параметров..

Практическая ценность работы состоит в то», что полученные эксперименталькыэ результаты могут бить использованы для создания методических основ количественного метода диагностики поверхности на основе СРКИ.

На защиту выносятся: .

1. Методика для измерения триада дифференциальных ионных

токов и степеней ионизации, а также сригинальая методика определения степени ионизации рассеянного аргона, не связанная с измерением токов нейтральных атомов.

2. Комплекс экспериментальных данных по измерениям триады дифференцаяъных ионных токов Аг+, К+, Не+ и степени ионизации аргона е области малых энергий СЕо= О.З+.ЗкэВЗ частиц, рассеянных монокристалличэской поверхностью , в зависимости от энергии бомбардирующего иона, углов скольжения и вылета а также азимутального угла рассеяния.

3. Экспериментальные данные, свидетельствуют« корректности в области малых энергий атошю - чувствительной модели, формирования зарядовых состояний рассеянных частиц

Личный вклад автора.

Автор принимал активное участие в разработке методики измерений, в модернизации экспериментальной установки позволившей реализовать разработанную методику, а также в расчетах, связанных с проверкой корректности существуют;« теоретических моделей. Все измерения, результаты которых.приведены в диссертации, произведены, обработаны и проанализированы автором.

Все положения, выносимые на зааигу принодлежат лично автору.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладо-вались и обсуждались на:

- V Всесоюзном семекаре " Вторичная ионная и ионио - фотонная эмиссия С Харьков, 1988 ) ;

- IX Всесосзной конференции " ВзаимодеейстЕке атомных частиц с твердым телом С Москва, 1989 ) ;

- X семенаре по рассеянию атомных частиц поверхность» твердого тела, ( Сн;.жак, 1990 ) ;

- XXI Всесоюзной конфереши .1 по змиссокнзй электронике, С Ленинград, 1990 ) ;

- X Всесоюзной конференцш " Вгалмодействие ионов с поверхностью " ( Звенигород 1991 ).

- XXII Конференции по эмиссионной электронике, с Москва,

1994

. Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Работа содержит 82 страниц макинопясногс текста.

38 рисунков и список цитированной литературы 'из 98 наименований.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность поставленной задачи, обсуядается ее научное и практическое значение, формулируется цель исследований и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен краткий . обзор экспериментальных данных я существующих теорий формирования зарядовых состояний атомных частиц, однократно рассеянных от монокристаллических поверхностей.

В разделе 1.1. рассматриваются суаествусщие методики измерения степени ионизации рассеянных частиц и ее ориентационной зависимости.. Показана, что существуешь кетадикя прямого измерения ориентационной зависимости стзпеии ионизации эффективны лиаь в области средних энергий. В интересующей.нас области «алых энергий существуйте методики не применимы. Так, катод, связанный с обдиркой нейтральных атоиоз в газогн:: ячейках я время - пролетная методика не позволяют измерять степень ионизации при энергии бои-бардирукшх ионов Ео < 1 кзВ. В зтой области энергий т)+ иозэг быть изморена-методом ионизации или возбуждениям нейтрального ато!,:а лазерным азлучзниен, либо с покошьв развитой иаьгл раиеэ «.»толики ионизации нейтральных атоыоз электромкм ударом.

Однако п эти два последних метода позволяет жзь измерять, двазян ди$фэрекииальиуа / по зкергнн Е и углу в / степень поикза-iv.ni. Для измерения орпонтацаонно. - чувствительной тразди дифференциальной т}+/ трзтпа дифгзренцтал по азимутальному углу р / у этих ыотодов из :гв2тгэт чуйстгяголыгести из - за налой вероятности ионизации и воабуздсшгя нойтраягпкх атоков.

В раздела 1.2. прадотявлваи зкспзрскзкталышэ дзянге по ю-«зрокиян степени ксжзоции в пиках однократного рассеяния о? г.сдц - и шнокрнсталлнческш; поверхностей. За<зеъ яаиболкмий интерес представляет зависимость 7?+ от анергии рассеянных частиц.

Датшэ различных авторов по зависимостям 7)+СЮ или т?+(Еа), где Ео - начальная энергия падасаих ионов, / Ео - Е в случае однократного рассеяния / противоречивы. В едких работах утворудаотг ся, что зависимость от г/СЕ) подчиняется формуле Хегструиа [13

Т)+ - схр С -Уо / С 2Е / ш },/2злщ/ 5. С 2 } Здесь п - масса рассеянного иона, V - паракстр тоории. В ряя<» других работ сшочаогоя, чго |>4СЕ) к« улжши^лвт эксясшиш-

альному закону (2), и в некоторых случаях изменяется даже немонотонно.

В разделе 1.3. рассматриваются ориентационные зависимости степени ионизации, измеренные в области средних энергий. Как правило, функция т)* проявляет сияькуо оркектационкув ' чувствительность. Конкретный вид этой зависимости содержит важную информацию. Во первых, он позволяет сделать заключение о справедливости тех или иных теоретических моделей. Во вторых, измерения ориента-циояных зависимостей позволяет решить ряд диагностических задач по ¿»преде тенив состава и структуры монокристаллических поверхностей. в том числе и с субионослойными покрытиями.

В разделе 1.4. обсуждаются существующие теоретические модели формирования зарядовых состояний однократно рассеянных частиц. В большинстве современных моделей формирование зарядовых состояний происходит за счет .конкурируют* процессов захватов и потерь электронов, то есть процессов ионизации и нейтрализации. Различные модели отличаются лишь способом описания этих процессов. Все модели содержат подгоночные параметры, величины которых можно определить только путем сравнения рзечетов с экспериментом.

В конце главы I формулируются задачи исследования. Необходимо разработать эффективную методику,позволяете определить ориен-тационкус - чувствитея »кость иойных токов и трижды дифференциальной степени ионизации в области малых энергий 0,5 i Ео £ 3 кэВ и сравнить полученные результаты с суцествувцими теоретическими моделями.

Вс второй главе рассматривается методика регистрации рассеянных ионов и определения степени ионизации рассеянных частиц, а также конструкция соответствующего экспериментального прибора.

В разделе 2.1. обсуждаются методика сценки и измерения триада дифференцированной степени ионизации однократно рассеянных V. нов калик энергий. ' ~ ■'•-.•■: '

Отмечается, что определить заксномерности поведения Функции т)+ = R* / R. в принципе, возмохно щтеи экспериментального измерения только ионного тока R* и теоретической оценки величины R. Этот путь наиболее просто реализо)ать именно для пиков однократного рассеяния любых ионов, где величина R имеет самый простой вид: она определяется только сечением однократного рассеяния а и поверхностной плотностью атомов мишени п.

R = п с С 3 )

Однако, точность такой опенки но просто установить, так как экспериментально трудно отличить пик чисто однократного рассеяния от пика квазиоднократного рассеяния, т.е. такого двукратного рассеяния на угол 9, в = в Вл , когда б2 « . D случае квазиоднократного рассеяния формула СЗ) yze не справедлива. ¡1 необходимо проводить расчет величины R методом машнкого моделирования.

В силу этого обстоятельства на!« был предложен способ экспериментального определения ц*. свободный от указанного недостатка. Он оснозан на тем, что вместо величинн R для Аг\ измеряется величина Р.+ для К*, так как

rat г + c4>

Формула С 4 ) справедлива потому, что кг* и К* имеет очень близкие массы и рассеиваются .одинаково. Кроме того, калий имеет потенциал ионизации' менышй, чем работа выхода тугоплавких металлов. Поэтому его степень ионизации на чистых поверхностях в области малых энергий близка к единице,и с ростом энергии она слабо уменьшается, то есть практически не зависит от энергии и большинства других- параметров, характеризующих бомбардирующий пучок и шгань. Однако,этот способ определение специфичен только для рассеяного Аг\

Итак, оба предложенных способа определения величины т)* отливаются методической простотой. Они требуют измерения только ионных токов.

В разделе 2.2. описан экспериментальный прибор, специально гкоструктированньй и созданный для реализации методик, представ-тенних в разделе 2. i., а такгэ приведена геометрия эксперимента.

Прибор состоял из следующих основных узлов: источника ионов, гнетемы формирования пучка', камеры столкновений.

Источником газовых ионов Не*, Не* а Аг* слушл плазменный уточник, типа дуаплазыатрона, со следующими характеристиками: ток ионов С 10"® + 10~в ) А

плотность тока С 4 • 10'7 +. 4 *10"* ) А / cm*

диапазон энергии С 0,25 3 ) кэВ

энергетический разброс 4 • 10"1 ЕоэВ угловой разброс 11°

В качестве источника ионов К* использовался источник, дейст->уюшШ на принципе поверхностной ионизации. Ионизация атомов К фоисходила на разогретом вольфрамовой катодо электронной пушка,

а с помощью оптической системы ее электродов формировался пучок, характеристики которого были аналогичны приведенным выше для газовых ионов.

Камера столкновения содержала блок мишени и знергоакализатср рассеянных ионов. Откачка камеры производилась в два этапа. На первом этапе камера столкновения откачивалась цеолитовым насосом и насосом НОРД - 100 до давления остаточных газов 10"° + 10"8 Topp. Затем с помощью насоса НОРД 250, в сбезгахенном прлборе до включения пучка достигалось предельное давление Ро = 10"'0 Topp. Давление сстаточных газов в рабочем редиме составляло Р = 10"' Topp.

Для достижения необходимых условий чистоты бомбардируемой поверхности проводилась очистка мишени высокотемпературной вспышкой, продолюгтельным высокотемпературным отжигом в среде водорода и кислорода, а так&е распылением ионами Аг*СЕо ^ 1000 эВ). Контроль состояния поверхности производился методами СРМИ и электронной Оже спектроскопии С ЭОС ). С помощью этих методов было установлено, что в условиях нашего эксперимента покрытие поверхности чужеродным атомами не превышало 1 % монослоя.

На рис. 1. показана типичная геометрия эксперимента. Мишень представляла собой монокристалл вольфрама размером 5 * 7 * 0,8 мм с выходом на поверхность кристаллографической грани С 110 ). Кристалл располагался на оси манипулятора. Угол рассеяния оставался неизменным и составлял в = 138°. Угол скольжения а первичного пучка на мишень варьировался в интервале 45° S а < 90°. Мишень могла вращаться вокруг направления падения первичного пучка, при этом изменение угла поворота pi приводило к изменение угла вылета рассеянных ионов у и к изменению ориентации пучка относительно кристаллографических направлений. Начальную точку отсчета брали таким образом, чтобы угол р, = 0 соответствовал кристаллографическому направлению <100>.

РисЛ.Геометрия эксперимента.

п

Обсуждается методика измерения токов рассеянных ионов. Ионные токи анализировались с помощыэ цилиндрического зеркального энергоанализатора (ЦЗЭА). В ЦЗЭА первичный пучок входил перпендикулярно его оси, затем отклонялся с помошью девяностоградусного дефлектора, который служил одновременно энергетическим монохрома-тором, и по направлению оси анализатора падал на мишень.

На оси ЦЗЭА была расположена электронная пушка. Пучок электронов играл двоякую роль. С его помощью исследовались характеристики энергоанализатора и проводился контроль состава поверхности методом ЭОС, Разрешение ЦЗЭА составляло ДЕ/Ео= 0,01.

Энергоанализ рассеянного ионного потока осуществлялся цилиндрическим конденсатором, роль которого играл секторный участок ЦЗЭА шириной 3°. Заряженные частицы, прошедшие экергоанализатор, . регистрировались вторичным электронным умножителем. Анализ выходного сигнала умножнтеля осуиествлялся схемой регистрации, работа-щей з роетме счета отдельных импульсов. Результирующая погрешность измерения ионных токов не превышала 10%.

Предложенная методика, пригодная для измерения трижды деффи-ренциальной степени ионизации Аг+, основана на предпологэшш: Р.Аг= Нк+. В разделе 2.3. рассматривается корректность зтой методики путем сравнения: подученных с ее помощью результатов с' результатами, даваемыми разработанной наш ранее метоликой прямого измерения 7)+. Так как последняя методике пригодна лишь для измерения двахды дифференциальной степени ионизации, то тем и другим способны была измерена дважды дифференциальная степень ионизации Аг+, однократно рассеянного на угол в = 133° от поликристаллического 17 в интервале углов О < <р < 1.33П для начальных энергий 0,2 + 3 кэБ. Обоими методами были получены тождественные зависимости хотя абсолютные Ееличины тЛ даваемые' прямой методикой были на С10+15)% меньше. Причина этого различия по - видимому, в том, что условия на поверхности бомбардируемого образца в этих двух экспериментах несколько различны.■ Бомбардирующие ионы К* частично внедряются в образец, а затем диффундируют к поверхности, -уменьшая работу выхода а изменяя условия электронного обмена, в результате чего становится несколько меньше 100'/, .

Однако тождественное поведение функции 7)+СЕ0). свидетельствует о корректности измерения ориектационных зависимостей.

В третьей главе представлены экспериментальные данные по

энергетическим спектрам ионов, рассеянные поверхностью монокристалла, зависимостям ионных токов в пиках квазиодкократного рассеяния от типа грани монокристалла и их ориентационные зависимости.

В разделе 3.1. представлены зависимости ионных токов квазиоднократного рассеяния ст типа грани монокристалла.

Измерения проводилась.для энергий бомбардирующих ионов Ев = 0,5 д. 3 кэЭ, при нормальней падении пучка кг мишень. Измеряли« токи исков, квазкеднократно рассеянных на угсл в - 139° в широком интервале азимутальных углов р. ссстьетствугсдх телесному угл) сбора рассеянных конов: ДЛ - 1.33nsin0¿6 при А£> - 2°.

Измерения проводились при остаточном давлении ^ б » 10"* Па и температуре кристалла ^ 1100° К. В этих услсгпях концентрат» примесей на поверхности С С.О.Мо ) для всех кристаллографически: направлений Сг.о данный ЭОС и СРМЮ не превышала 10"а от моносяоя.

t"V 11 о

Была измерена величина: ¡i - -J - - отношение кеннья токе;

. I C112D

в пиках квазиоднокрагного рассеяния для двух контрастных по по

верхностной плотности граней монокристалла и зависимость этой ве

яиччны от энергии Ер бомбардирующих ионов. Обнаружено, что &

всех случаях /3 < 1, т.е. независимо от сорта иснов. ионный ток

соответствовала рассеяния на более рыхлоя грани Оольае, чем н

более плотной. Вид функции /3(Еа) зависит от сорта оокбардирувдег

иона. S исследуекоы интервале Е0 = 0.5 + 3 кэЭ функция р(Ед) дл

ионов Кз+ и Аг"* монотонно возрастает, а для Не1" практически пос

тоянна.

В разделе 3.2. представлены энергетические спектры рассея! ных ионов. ■

Проведенные исследования показали, что для выбранной rpai монокристалла WC110) и фиксированного полярного угла рассеяния = 138'. основными параметрами , определяющими форму энергораслр< делений рассеянных ионов, являются: сорт иона, начальная энерп бомбардирующие частиц Ео. угол екзлъхения а, азимутальный уг< рассеяния о

Зависимость формы энергораспределений от сорта бомбардиру mero иона наглядно проявляется при сравнении спектров рассеян ионов аргона и калия, имеише одинаковые массы (рис. 2.(а.бЭ). рисунка видно, чте спектр ионов К* представляет собой доволь широкое распределение, в котором можно выделить три характерн области:! - область многократного рассеяния. II - область вбли

пнгса однократного рассеяния, III - область кратного рассеяния на поверхностных атомах, где наблсдается пик квазндвукратного рассеяния.

цм.ус »/О1

6)

SO

о Чь

40

0.1

см

Чс.

О 4}

U*, *ип/с

О.з

0,4 0,5

Че.

Рис 2. Энергетическое распределение рассеянных ионов К+(а) а Аг*(б) на поверхности VC 110): в = 123°, Е0= 1.5 кэВ, а = 45°, р ~ 0. » = 97е. <100\

Э подученных при одинаковых условиях спектрах аргона область I практически отсутствует. Пик в области III имеет существенно кенъиуг интенсивность. Причина наблюдаемых различий в сильной нейтрализации рассеянных ионов Аг+, в то время как коны К+ практически не нейтрализуются.

Показано, что характерные области спектров с изменение« па чальноа энерии Ео изменятся по разкоыу для кг* и К+. Так. интенсивность пака квазиоднократного рассеяния К* с ростом энергии уменьшается, в соответствии с уыеньвениеи сечения рассеяния, а интенсивность пика Аг+ изменяется немонотонно.

Обнаругено, что пики квазиоднократного и квазидвукратного рассеяния проявляет ориенташкшув чувствительность. Ее характер для Аг* и ¡Стакже различен.

а

В разделе 3.3. представлены результаты систематического исследования ориентационной чувствительности ионных токов в пиках квазиоднократного рассеяния.

Монокристаллическая ыишень вращалась вокруг оси бомбардирующего пучка, фактически измерялась зависимость пика КОР от угла поворота мишени вокруг оси бомбардирующего пучка. Затем с помощью формул;

у = arcsin Csinf? » cospi « cosa cosfl » sina)

sinf? « sinp С 5 )

tgp = --ti-—

Sin'9 в cos^ » sina + eos В * cosa где p - угол поворота манипулятора, по известным значениям углов Р , 9 и а Св - 133" =.const) определялся азимутальный угол рассеяния ç а угол вылета у.

Конкретные результаты эксперимента представлены на рисунке ЗСа.б). Из рисунка видно, что интенсивность пака квазиоднократного рассеяния проявляет существенную ориентационнув чувствитель ность, причем, ее характер для ионов Лг+ и К+ различен. В случае кривая ймзэт два широких максимума, расположенных вблизи наиболее плотно упакованного направления <111>. В случае Аг+ соответствующая кривая во всем интервале çt изменяется слабо, проходя через широкий миниум при р4= 90°.

При изменении угла скольхення а вид кривых N+Cpt ) резко изменяется. В случае конов К+, с уменьшением а, интенсивность максимума при больших углах <pí уменьшается, и при a = 45° второй максимум исчезает.

В случае Аг+ при уменьшении a функция N+Cpt) становится монотонно убывающей кривой.

Орийктационные зависимости, наблюдаемые для No+, имеют промежуточный вид по отношению к ионам К+ и Аг+.

Отметим, что характер ориентационной зависимости К+ определяется только закономерностями рассеяния, а Аг+ и Ne+ - также и закономерностями нейтрализации.

Для определения ориентационной зависимости, даваемой только процессом рассеяния, был проведен расчет функции КСр) методом машинного моделирования в модели последовательных парных столкновений. Было получено неплохое согласие с экспериментальной кривой Н+Ср) для ионов К+.

Рис.3. Зависимость интенсивности пика ионов Kf(a) и Аг+Сб), кзазиоднократно рассеянных ка поверхности WCU0), от азимутального угла рассеяния р: 9 = 138°. а = 90°, у = 48°. Ццфры над кривыми - энергия бомбардирующих ионов в кэВ.

В четвертой главе представлены результаты оценки и измерения степени ионизации 7)+ с помощью методик, описанных в главе II; а также сравнение полученных экспериментальных данных с теорией.

В разделе 4.1. рассматривается зависимости степени ионизации т)+ от типа грани монокристалла, Величина степени ионизации л была оценена путем деления экспериментально изморенных ионных токов, Не\ Ne+ и Аг+ рассеянных от грани С110) и С112) монокристалла вольфрама, ка расчитанные методом машинного моделирования дважды дифференцированные коэффициенты квазкоднократного рассеяния частиц.

Было обнаружено:

а. Степень ионизации т)+ для всех исследованных рассеянных частиц зависит от типа грани монокристалла. Для более плотной грани (110) она всегда меньше, чем при рассеянии на более рыхлой грани (112).

б. Отношение (3 = v^t0/' а зависят от сорта рассеянных частиц, для Не+, Иё+и Аг* величина (3 имеет несколько разные значения.

в. Величина <3 возрастает с ростом начальной энергии Ev Причем скорость зтего роста также зависит от сорта частиц. Для тяжелых ионов Аг+ я Не4 наблюдается гораздо более резкий рост, чек для ионов fe\

Проведено качественное объяснение полученных результатов на основе модели, которая учитывает вклал б нейтрализации от отдельных атомов поверхности. Согласно этой чохели, увеличение плотности упаковки грани приводит к увеличении.эффективного числа атомов поверхности, в носящих вклад в нейтрализацис данного кона и, следовательно, к уменьшение степени ионизации т>+.

В разделе 4.2. рассматривается зависимость степени ионизации т)+ от энергии рассеянной частицы.

Показано, что как дважды дифференцированная степень ионизации V* Не+,Ме+ и Аг+, оцененная способом, изложении« в предыдущем разделе, так и триады дифференцированная степень ионизации Аг*, полученная путем деления конных. токов Аг+ на конные токи К* в пиках кназиоднократного рассеяния, зависят от энергии иначе, чец это следует из формулы (2).

Отклонения от Формулу С2) прояглявтея в той, что построенные по экспериментальна* данный зависимости 1п т)1" С нелинейны.

Особенно сильное отклонение от линейности каолюдается для ионов Аг*. ;■'

Показано, что наблюдаемую зависимость степени ионизации т)+ от энергии мохно хорошо списать с пссоньо модели, учитываемой локальное электронное состояние поверхности л области, где находится центр жесткого рассеяния 121. В рамках этой ыодели степень ионизации 1)* такге описывается форкулоз С2), однако параметр Уо зависит от начальной энергии:

V = А Са - Б ) С1 - 0 / с)* С 6 )

& о о

Здесь А - частота Оге - нейтрализации, ао ^ 5А размер области электронного обмена частицы с поверхностью, СоСЕо) - расстояние наибольшего сближения иона с поверхностным атоиои. 0(Ео) - неупругая энергия, переданная в акте однократного рассеяния, с - параметр теории, лыеооий размерность' энергии. Удовлетворительное согласие измеренные и расчетных величин степени ионизации т)+ получается при значениях параметров: А - 1.4 * 10'" с*' , с '»■ 650 зВ.

В разделе 4.3. представлены экспериментальные данные по измерение степени ионизации аргона, квазиодкократно рассеянного от грани (110) монокристалла вольфрама на угол в - 138°. Трижды дифференциальные степени ионизации т)+ аргона определялись путем деления измеренных ионных токов Аг+ на измеренные в тех же экспериментальных условиях ионные токи рассеянного К+. Обнаружена,

ярко выраженная ориентационная чувствительность степени ионизация Типичные результаты представлены на рисунке 4 для случая нормального падения бокбардируюаего пучка на «глень. Из рисунка видно. что а наиболее плотно упакованном направлении <111> наблюдается минимум степени ионизации тЛ глубина которого несколько уменьшается с уменьшением энергии.

г'

О ' ■ ■ ■ ■_1,1.1_I I .4 I I., ,1 , и_; I I

о 50 «О ¡50

Рис. 4. Зависимость степени ионизации г,+ при квазиоднократноц рассеянии лоноз Аг+ на поверхности УС110) от азимутального угла р при нормальном падении бомбардирующего лучка на шаеиь. Сплооныэ кривые - расчет по форк^-лам теории [3]. Цифры над кривыми - энергия бомбардирующих ионов' в кэВ.

Наблкдаеике сриентаниснные зависимости имеют глубокий физический смысл. Полученные результаты означают, что з процессах нейтрализации рассеянного иона принимают участие электроны, полностью или частично локализованные на поверхностных атомах.

Псказано такге, что зависимость псущественно зависит от угла скс.тьхенкя а С уменьшением а осцилляционный характер кривых 7)+Сг> пропадает, кривые становятся монотонно убывавшими.

Анализ сркентационных 'зависимостей, снятых при углах сксль-дениях а V 90°, позволил определить зависимость степени.ионизации т}+ от угла вылета у. Обнаружено, что зависимость степени ионизации т)+ от V существенно отличается от той, которая дается формулой (2).

Было произведено сравнение полученных экспериментальных результатов по ориентационной зависимости степени ионизации г?+ с теоретической моделью 131. В этой модели зарядовое состояние рассеянных частиц формируется путем захватов и потерь электронов при взаимодействии рассеянного иона с отдельными атомами поверхности.

В рамках модели [3] был произведен расчет зависимости степени ионизации г* от азимутального угла рассеяния методом машинного моделирования. Было показано, что в условиях нашего эксперимента все столкновения аргона с атомами мишени -являются нейтрализующими. Параметр В - частота Оже - нейтрализации при взаимодействии аргона с отдельным атомом вольфрама и величина размера области эффективной нейтрализации Сйа) на каждом атоме поверхности подбирались такие образом, чтобы получить наилучшее согласи« с экспериментальной кривой Т)тСр), при а = 45° Е0= 1 кэВ.

Было найдено В = 4,5 и 1014 с"1, Р^ = 2,3 I,

Получено хорошее согласие расчета с экспериментом.

Этот результат коеяо считать экспериментальной проверкой в области низких энергия корректности модели [3] формирования зарядовых состояний.

Сравнение расчета с экспериментом позволило сделать сл&дущио

и^ЪОДЬд'

1. Модель формирования зарядовых состояний в конкурирует::; процессах захвата к потерь электронов при взаимодействия с от колышки атомами ьецсства применима к для описания орцеитациокних эффектов в иже ¡евгзкодкокрзткого рассеяния в области калах анергий.

2. Конечные зарядовые состояния рассеянных частиц с/шскеавт-ся как вероятность» конззаццн в жестком столкновении, так и набором вероятностей нейтрализации в последующих слабых столкновения:;.

Как правило,. чем меньше расстояние наибольшего сбл;:конпя рассеянной частицы с атомоы шшени в первом после жесткого рассо-якия столкновении, тел больва вероятность ее нейтрализации.

3. Получэккыэ результаты, позволяют понять (риопчсскуа причину различного характера орнентационных зависимостей, иаблйдаемых

'для Аг' и 1,'-э\

Дело в том, что для Агч в области энергии Ео< 3 кэВ все ы-спккг.в:л!кя по траектории, в том числе и жесткое, являются нейт-

рализнруюцимя. Для Не4 это несправедлива. Здесь за счет меньших параметров столкновения, жесткое рассеяние при определенных условиях может быть ионизующим.

Ионизация в этом местком рассеянии и приводит к появлению пика Не4 при некоторых значениях азимутальных углов.

Отметин, что сравнзние теории с экспериментом позволило уточнить значения параметров В и ?>о, входящих в модель формирования зарядового состояния.

В заключении приводятся основные результата, полученнке в работе.

Основные рзэуяьтатл и внзодм диссертации

1. Разработана методика для определения ориентационной зависимости степени ионизации рассеяннж частиц малых энергий.

2. Модернизирована высоковакуумная экспериментальная установка, позволяющая реализовать разработанную методику о использованием иеной инэртиих газов и щелочных металлов.

3. Экспериментально измерены ионные токи и прозедэна оценка степени ионизации На*, По' и Аг*, рассеянных различными гранями монокристалла вольфрама.

4. Получены экспериментальные данные по зависимости степени ионизации ионов Дг+ низких энергий» рассеянных поверхностью монокристалла Ж210) от знергий бомбардируюцего кона, углов скольжения, вылета и азимутального угла рассеяния.

5. Установлена и исследована ориентационная чувствительность процессов формирования зарядовых состояний ионов Аг* и Ке+, рассеянных на поверхности Ш110) в диапозоне энергий 0,5 < Е0 < 3 кзВ.

6. Путем сравнения с экспериментом, установлена корректность атомно - чувствительной модели формирования зарядового состояния в области малых энергий и уточнены значения входящих в модель параметров.

Основные результаты диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Алшов И. А., Валиев Э.Б. , Канар'ов В, Я., Максудов А. 3. Рассеяние ионов Не+, ¡'е+, Аг4 на различных гранях монокристалла вольфрама / В кн." Вторичная конная и ионно - фотонная эмиссии. Тезисы докладов V Всесоюзного семинара ".Харьков,1988,с. 96 - 97.

2. Абдулкасымсв Ф. Б., Алимов Ш. А., Валкев.Э. В., Какаров В. Я., Максудов А. 3., Ферлегер В. X. Степень ионизации Не и Аг,

л/

рассеянных поверхность» металлов V и VI периода, ✓ В кн. Материалы IX ВсесопзноЯ конференции " Взаимодействие атомных частиц с твердый телок Москвь, 1989. т. 1, ч.2. с. 256 - 258.

3. Алимов Ш. А.. Валиев Э. В.. Канаров В. Я., Максудов А. 3. Нейтрализация конов Не*. Ме* и Аг* на различных гранях монокристалла вольфрама // Поверхность. Физика, х:т;я, механика. 1999, Н 12. с. 79 - 84. ■ .

4. Алииов Ш. А., Валиев Э. В., Канаров В. Я., Максудов А. 3.. Баклицкяй Б. £.. Паршгас Э. С. Степень ионизации атомов Аг, рассеянных поверхностью КС 1.10) / В кн." XXI Всессвзная конференция по эмиссионной электронике. Тезисы докладов " Ленинград, 1990, т. 2. о. 169.

5. Алиыов И. А., Валиев Э. В., Канаров В. Я., Максудов А. 3.. Низшая С. Л.-. Серлегер В. X. Ориентацисяные зависимости угловых ц энергетических распределений ионов Ко* и кг*. рассеянных поверхностью УС 110). ✓ В кк. -XXI Всессвзная конференция по эмис-сйсяяоя эяектрояике. Тезисы докладов " Ленинград, 1990, т. 2. с 170.

6.Аликов И. А.. Валиев й. В.. Канаров 8. Я., Максудов А. 3., Кйалая С. Л., Серлегер В. X. Некоторые осскзенкости рассеяния на большие углы коноз Аг*, Ке*. 1С поверхностно монокристалла УС110). / В кн. "Тезисы докладов. X Всс-совзноЯ конференции. Бэаи-иодекствие ионов с поверхностью." Москва, 1391, с. 29-31.

7. Абдулкасымов Ф. 5...Аликов И. А., Валиев Э. В., Канаров В.. Я., Максудов А. Э., <»-ерлегер В. X. Степень ионизации Ко и Аг. кваэиоднократно рассеянных на поверхности металлов 5 и 6 периода. /у Узбекский физический журнал. 1993. N5 с. 70 - 72.

8. Алкшв Ш. А., Валиев 3. В,, Максудов А. 3. Два альтернативных способа измерения степени ионизации атомов Аг, рассеянных поверхностью металлов. / В кк. Ш1 конференция по эмиссионной электронике. Тезисы докладов " Москва, 1994. с. 32 - 33.

9. Алиыов В. А., Валиев Э. В., Максудов А. 3. Дао штодяки измерения степени ионизации рассеянных атомных часткц низкой энергии. // Узбекский физический журнал.. 1994.' Ь'4. .

¿1т;:?с2а:шал литература.

I. Äc'-rtru- D. Yhocry of Augor c-jcstions of qlefctrons fren b; :слг. -?h>-<. , ISSi, v. 95. •?. 335-335.

«Í 3. . Атккса 2. Л.. Залпез 3.3. , лакаров S. Я. , "Згряло^с-? состоя;",:? Ar з?*л однократно« рассеяния :;а v^T';:^-.':: л .? j. " Из». ан. C3C?, сер. , Í983. 52,

3 , ' . ~ - . с./-.

3. .дахда; v., :r,Tî:o Э.С. , ç?p;rerep S.X. Степень иоказа-ж ¿rew г?;«- ргссэгтй.'; з лолукгкалап а "з здеорогрезаяннз \юг.о~ гсуг.г.:: "^рпксс?:? :;с:та:р::ст;лл;ла. ¡Icsoohhcctï. . Ъкзихь.

, 1с32. о 72-32.

НЕОН, АРГОН, КАЛИЯ КОНЛАРИ ОЕКТОРЛАРШ ЗА КОНОХРЙСШ ВОЛЬФРАМ СИРШДН КША СО'ЧИЯГАК АТОУЛАРНШГ ¡-ШЛАКИ ШКГЛШИ TA/sPISA ИУШ 5V.UH УРГАНЕ2.

Л.Е. «язуукх.

^сзцрг;! ааятгача ьсксхристал еарткдан ^айта ссчилгак зарра-яариияг коклакхи лараяаок за сек тсхкнккг орсектаскок бсг.тжл:гг.'{ >;ак,;:даг:'. иаг,олйлар. са:->агл:ка урта экергдяли коклар учу:-: бир кеч-та буллб, л::а~:ссг:;:сг„ за Еазар;:я уч.уя кязвкрез булгак пост знер-гняда, бундай укчааглр бахар-ллкатан..

, Уабу кцда. Аг* кенларякпкг сряектгцкея сезгирл:-:гк £?оняанищ аарагаси ха^да маьлуыст олга .«стод;. кхтирс этяяяг за акалта осп-рилди. Б у иетодта асссая Аг"' ион том; одатланйб г;о.тг"-гак аул бя-лан улчаидл. Аг яэЗтраль ток:-: урнкга, кайтг» сочклгак

К+ лок;; rc;:v. улчакдк.

Tazpr.óa куят упбу метол« :-;анчалик гкккяслякрис-тал W няаонз' учук «пятак кятисаяаркх. елдкн этгйк,

ашэ оряектацаок эбфехткк улчазга кхкен беркаш;гач. яекак som-киа дарасаслна тугр;:дан гутрй улчгйдлгак автол врягдкяа олкьтаа иатикалар б::лак ссккатярлб те.шрклдл.

Не*. ÎIev sa Аг' . яоняарквгнг '■ иокохркстал УС 110) sa УСЦ2) гранкдан rçairra «очилтгн .eos -¿охл ^ячанга, уларвкнг гкобяй гозяи-ниш cap-liza о;: аклклак;:с ; ::окларнинг созд&ктач экергллсигг; Со? ж;-лигл урганхлдк.

Аг+ ьа К+ ko-í тохдажг сяр?гада бурчап; с, чздв бурчал» » ьа азикуталь ссчляак бурчагк ç та Сог.~;кг;:г;; ургакялиб, ионланнщ даражас'инякг оряекталгоа cesrspsru хорахтер:; аккклглжг.

йонланкк ларакао;: т^граегдатг аатзизяар, 'гарях, хол&ткеэгг сакгтзгш гар&ёиадг. сочхяган оаррачгяаркикг сиртжнг гяоаша атомларадак ол$хт?се тортгб ояж sa ft^ona иодалл оргаккдг. "ак-чосланилдя,, Такряс'а <йуг»; зазаэля уртааш яхглс ухзгаяах слйнаь:.

EXPERIMENTAL STUDY OF Ne\ Ar\ Kf ION SPECTRA A2.T) DETERMINATION OF THE IONIZATION DEGREE CF ATO'S SCATTERED FROM TUNGSTEN SINGLE CRYSTAL SUPFACE.

Maksudcv A. 2.

S'.TTjrv. t *

Until now a rcir.uto ancur.t cf papers concerning tho measurements cf the ionization degree of particles scattered fron single crystal surfaces as veil crintational dependences cf icn currents within nean energy rsr.ge was available. Within lov energy range C E =■ 1 V:?V , which is tho nest interesting cno frcn tho point of view of diagnostics and theory such rr.oasuren-onts have nover been performed.

In the present paper an original procedure which allows to got information about orientations! sensitivity of the ionization degree of low energy Ar"" ions has been developed and realized. Within the frar.ev;cr): of this procedure Ar+ icn current lias been measured in a regular manner but instead of Ar neutral atom currents the currents cf scattered K* icns has been measured.

Experimental check of the correctness of this procedure has been made by comparison of the data on the aeasuremenst of the ionization degree of atoms scattered front polycrystal targets obtained with its use with the results obtained by droct r.easure-nents of the ionization degree developed by us earlier but ineffective for Studying tho orientations! effects.

Icn currents habe beer, measured and relative ionization degree as - well its dependence on initial energy for He+. Ne+ and Ar+ icns scattered from VC110) and VC1123 single crystal faces havo been est mated. It has been shown that the particles scattered from nore closely packed faces have less Ionization degree.

The character of orientatlonal sensitivity of scattered Ar+ ionization degree has been established by treasuring the dependence of Ar* and K+ ion currents on glancing angle ex, c-aission angle v. azirruthai angle of scattering p.

. The comparison of the measuring results with tho calculation results based on the nodel of charge state forration of scattered particlen during electron capture and loss processes. Tho results obtained are in a good qualitative agreement with theory.