Исследование образования отрицательно-ионных и нейтральных кластеров при распылении твердых тел щелочными ионами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

РГ6 од

2 з :ш! ;;эз

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ им. У. А. АРИФОВА

На правах рукописи

ДЖАББАРГАНОВ РУЗМАТ

УДК 537.534.8.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ОТРИЦАТЕЛЬНО-ИОННЫХ И НЕЙТРАЛЬНЫХ КЛАСТЕРОВ ПРИ РАСПЫЛЕНИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ ЩЕЛОЧНЫМИ ИОНАМИ

01.04.04.— Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТАШКЕНТ — 1993

Работа'вцполйсна в Институте электроники иы.У.А.Арифова Ак'адгшш Наук Республики Узбекистан.

Научные руководители:

О^ициальииэ оппоненты:

«едущая организация:

Член - корреспондент АН РУз, доктор $йзико-и&теыатических наук,профессор РАСУЛЕВ У. К.

Кандидат физико-математических наук АТАБАЁВ Б. Г.

Доктор физико-иатематическш: наук, крсфесеор ВАЖШ А. II Кандидат физико-математических наук ШЫХ С. Ф.

Московский Государственны;; .Уйшарснтет им. И. В. Ломоносова. физический факультет

«¿y» f^^X 1993г.

зада'а. состоится / с. ( ly^jr. в час,

на заседании специаго&крованнога Сйвета\ Д. 015.23.21. в Институте олектрокнки- иа. У..L.Арифова АН РУз. по адресу: 700143, Ташкент, ГСП, Акадзадорэдакл ' •

С диссертацией коено ознакомиться в библиотеке Института электроники ки. У. А. Дрнфрва АН РУз.

Автореферат разослан 1993г.

Учений секретарь специалнзйров^нйого Совета, доктор г

4гёук .лА^сч^ ИЛЬЯСОВ А. 3.

ОРШЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАШТН ^КХУальнооть..работу, ^реди основных часто используемых методов качественного элементного анализа состава поверхности, каковыми являются Оя^-электронная. спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектрография, спектроскопия рассеянных медленных ионов, масс-спектрометрический метод, основанный на явлении вторичной иокно-ионной• эмиссии, так называемый метод ВИС, является одним- им высокочуЕстРительных методов аналичя, дэюких наиболее богатую информацию о поверхности : позволяет исследовать все элементы периодической системы, дает возможность изучать изотопный состав, весьма эффективен при исследовании малых примесей.

В настоящее время общеизвестно, что метод нанесения щелочного металла на распыляемую поверхность является -«Флективным способом превращения значительной части обычного распыления- » отрицательно-иокное распыление. Это один из самих эффективных способов образования отрицательных ионов уменьшением работы выхода можно увеличить выход отрицательных ;юнов на 4 - 5 порядков, Наличие такого эффективного способа сделало возможным создание источников, генерирующих отрицательные ионы целого ряда тяжелых элементов, а также »гащных источников отрицательных ионов. водорода для инжекции рабочего вещества в установки по термоядерному синтезу. Более того,оказалось, что аналогичное язлсние имеет место и при рассеянии - распыленные нейтральные частицы, обнадащне, как известно, надтепловами скоростями, при рассеянии от поверхности с минимальной работой выхода, конвертируются в' отрицательные ;гоны с максимальной э^ктирностьо, причем оянсименнн» атсны и ;Ьтн>т, незаьисичо от их ;иряпоюго 'состояния, ареоЗрнзуйтсд в

• !ТрИШа«ЛЬНК!? ИОНЫ С Гь»':;аНОг.ОЙ Э М.г-К'ПП'НО::Т1;Г!.

•Был предложен метод определения коэффициента ионизации f при распыпении твердых тел в виде отрицательных атомарных .цонов, основанный на атом явлении, и определены значения э~ для целого ряда металлов и полупроводников Cil. А это давало возможность получить количественную информацию об элементном составе методом ВИМС. Экспериментальные исследования показывают, что распыление является результатом сложных взаимосвязанных кинетических, термических и реакционных воздействий и к настоящему времени твердо установлено,что оно происходит не только в виде отдельных атомов но и в виде-- многоатомных комплексов - кластеров. Кластерное распыление уже несколько десятков лет является предметом научных исследований и накопленный к настоящему моменту достаточно большой экспериментальный материал дает основание-для утверждения, что эмиссия кластеров - это общее явление, сопровождающее взаимодействие ускоренных ионов с твердым телом. Тем не менее, механизм такого характера распыления до сих' пор не выяснен. Также нет единого мнения о механизме ионизации распыленных кластеров. Несмотря на тот факт, что большинство эмпирических данных было получено из окспериментов, в которых применялась аторично-ионная масс-спектрометрия за редким исключением 12-41, эффекты зарядового состояния в теории, обычно' не обсуждаются. Такая неопределенность относительно кластерного и зарядового состояния распыленных частиц приводит к тому, что количественная интерпретация касс-спектров вторичных ионов для получения количественных «гишах о химическом . составе твердых тел s потопе ВИКС баз использования стандартных образцов оказыъйдтсл невозможно?..

Однако,несмотря на отсутствие общепринятого представления a щс-цессм, приводящих к осразовавив кластеров, для orf>йя»™»«

эмиссии кластеров при распылении'часто привлекают две модели; рекомбикаииокнув модель образования кластеров [5-81, согласно с которой распыление происходит только р г,иде атомарных частиц и кластеры образуются в результате так называемого механизма рекомбинации в вакууме вблизи поверхности мишени из индивидуальных атомов, независимо эмнттированных в одном и том же каска не столкновений, и альтернативную модель' прямой эмиссии [3,93, которая предполагает, что при ионной бомбардировке твердого тела .типичные кластсршга конфигурации формируются на поверхности и кластеры покйдаит ее полностью сформировавшимися. Отдельные экспериментальные данные подтверждают исключительно ту или и*! эти/, моделей.

Пг;Ль.ь;ботн. Для получения нозоЯ информации, которая позволила бк, внести некоторую ясность в суцеетвуетдне противоречит относительно механизма образования кластеров при распылении-и мзханизмз ионизация распиледш?* кластеров, тэбио-димо провэсти целенаправленны® эксгг<эрн|«оиталышэ исследования с. аель» проьс-рки справедливости п оценки роли того или иного Г4?ханиэка явления пз предложенных вьгае.'При этом т считаем, что яолгны быть проверены сяядущме кл»ч<32«» я«"'-: этих моделей.

Согласно модели рекомбинации 17) к-;хоя кластеров, образованных ис* п стоков, растет пропорционально коэффициенту распыления 5 ц и - той степени и вероятности ионизации образованных рекомбинацией кластеров должны коррелировать с вероятностью ионизации атомов,образующих эти кластеры. С другой сторо-роны,вероятности ионизации кластеров,которые покидает распыляемую поверхность полностью сформировавшимися,должны зависеть от индивидуального значения электронного сродства этих кластеров.

Для проверки справедливости 'концепции рекомбияационной модели относительно пропорционально;? зависимости янхоя?

- о -

кластеров от среднего • значения коэффициента распылении необходимо иметь детальную информацию о зависимости выхода многоатомных ионов от анергии и массы первичных ионоь. Тана.> информация отсутствует (за исключением работы Внттмаака II"'])

Известно, .что присутствие щелочного металла на распыляемой поверхности изменяет вероятности ионизации как положительных, так и отрицательных ионов.Следовательно, напылял на поверхности исследуемых мише-ней: щелочной металл, мы мохе« использовать вероятности ионизации как параметр для проверки концепции рекомйинаиионной модели.

Пйй1&И0ВКа_ашшЦ- Имея ь ьиду ключевые идеи моделей образования кластеров для решения доставленной задачи было необходимо провести следующие экспериментальные исследования :

1. Масс - спектрометрическое ' исследование ' продуктов отрицательно-ионной и нейтральной составляющих распыления графита, меди, кремния и .алюминия. '

2. Изучение зависимости выхода кластерных ионов БГ", Си" и А1~ из кремниевой," медной и алюминиевой мишеней от энергии к массы первичных ионов щелочных металлов. • '

3. Определение значений коэффициентов ионизации при распылении графита и крькния в ви;1'? кластерных ионов С~

■ 4. Исследование влияния на выход кластерных ионов п

А1~ и измеряемые значения коэффициентов' ионизации наличия на распыляемых поверхностях графита, кремния и алюминия пленки калия. '

ИйУИиаа_В0613аиа..Еа^о'1И заключается в следующем

1. Осуществлен масс-спектрометрический анализ состава частиц, образованных при распылении■как ь заряженном, так и в нейтральном состояниях, который показал, что в составе ыасо-слектров воех ирследоааньык образцов присутствует как

ногозтомкые кластеры в нейтралыюм состоянии, так 'и в виде трицательныч ионов ;

2. Специфическая особенность кластерообразования при 'окбадировке твердого тела ионами цеэия С аномальное и ^пропорциональное усиление выхода различных -кластерных ионов, [риводящее к увеличению доли многоатомных ионов'в. масс-спектре >трицательно-ионного . распыления бомбардируемых образцов) юзволила впервые обнаружить наличие пороговых энергий ?омбардирующих ионов' Еп, ниже которых как бы прекращается >аспыление твердого тела в- виде кластерных- ионов с числом (томов а, и изучить закономерности образования отрицательно >арчАенных многоатомных ионов вблизи пороговой энергии ;

3. Получена существенная информация о механизме, образования кластеров - впервые получены экспериментальные данные о незавимости нормированных_ выходов кластерных ионов 31", Си~ и А1~ от энергии и массы первичных 'ионов щелочных металлов ;

■ 4. Впервые детально изучена динамика, изменения выхода зторичных кластерных отрицательных ионов ' и в

зависимости от толщины и скорости нанесения • пленки. калия на распыляемые.поверхности-и получены следующие результаты : а) между выходом I" отрицательных кластерных ионов и изменением работы выхода поверхности дф существует экспоненциальная зависимость типа 1~с/\ В ехр С - £Ф / е 3;

5)относительное изменение этих выходов I" при уменьшении работы выхода распыляемой поверхности коррелирует со значением сродства к электрону кластера, образованного из п* атомов.

5.Впервые были определены коэффициенты ионизации /Г при распылении графита и кремния в Биде кластерных конов С~ и о!~ ' при различных'условиях на распыляемых поверхностях. При чкч

- а -

было обнаружено, что' значэния очень сильно зависят от работы выхода Ф поверхности и что между и ЕА (энергия сродства к электрону кластера с данным числом атомов п ) существует определенная корреляция.

6. Впервые получены экспериментальные данные по -электронно-стимулированной десорбции отрицательных ионов при бомбардировке электронным пучком имплантированной цезием поверхности ПН, позволяющие сделать- предположение о вероятном механизме ЭСД отрицатель"; ¡х ионов Н~ с поверхности Ш1.

НаузиЭЗ_и-ОЕакхическая_ценность_£аботы.Методы,применяемые при исследовании эмиссии кластеров при распылении твердого тела,дающие уникальную возможность исследовать во время одного эксперимента при единых условиях характеристики как ионной Сметод ВИМС), так и нейтральной С метод• ВНМС) .составляющих кластерного распыления, позволили получить существенную информацию не только о механизме образования кластеров,но и о природе явления распыления, поскольку до последнего времени оно изучалось измерением лишь общего количества удаляемого вещества, пренебрегая существованием распыления в многоатомной форме. Результаты совокупности исследований, приведенных в диссертационной работе,не- только являются важным вкладом в понимание природы отрицательно - ионного и нейтрального кластерного распыления, способствующие созданию теории ионизации.при кластерном распылении в виде отрицательных ионов и позволяющие сформулировать косвенные доводы в пользу модели прямого выбивания кластеров,но одновременно они дают научное обоснование . эффективному способу получения потоков отрицательно-эаряаенных кластерных ионов больших плотностей и созданию на этой основе источников отрицательно-заряженных кластерных »¿нов : . .

а)Использоваш:э обнаруженной в работе специфической особенности кластероооррэования при бсмбордиро»:се твердого тела ионами цезия - аномальное и непропорциональное усиление выхода различных отрицательных ионов, приводящее к увеличению доли многоатомных ионов в масс-спектре отрицательно-ионного распыления исследуемых образцов - является одним из . эффективнейших способов получения пучков отрицательно-заряженных кластерных ионов больших плотностей и с большими значениями п.

б) Систематическое исследование динамики изменения выхода вторичных отрииательно-заряженных кластерных ионов в зависимости от толщины и скорости нанесения пленки щелочного металла на распыляемые поверхности не только позволили впервые получлгь фундаментальные результаты, позволяющие сделать предположение, что ионизацию распыленных кластеров можно объяснить модель» туннелирования электронов между распыленным атомом и поверхность!), но и детальную информацию о режимах распыления С плотность пучка бомбардирующих ионов,скорость нанесения пленки щелочного металла и т.д.), при которых выход кластерных ионов с данным числом, атомов п будет максимальным;

в).Впорвьг- били измерены коэффициенты ионизации при распылении кластерных ионов,определяющие эффективность эмиссии в видо кластерных ионов.Без знания абсолютных значений этого параметра невозможно донять природу эмиссии вторичных кластерных ионов. Однако особый интерес эти величины представляют не только для развития теоретических представлений механизма эмиссии вторичных кластерных ионов, ко и для развития количественного анализа поверхности с применением ВИМС и ВНМС.

0сноБНЫ§_положениа^_внндсимке_на_зашз,гу :

1. На основе масс-спектром^трического анализа состава продуктов кластерного распадения при бомбардировке коками

щелочных металлов графита, кремния, меди и алюминия и изучена распределения относительного содержания этих кластеров 1 зависимости от числа атомов в них утверждается, что распыление происходит не только в виде отдельных атомов - значительна» часть потока распыленных частиц состоит из многоатомных комплексов-кластеров. Это доказывает необходимость формирования новых теоретических представлений процесса распыления поверхностей ионами.

2. Пороговые энергии бомбардирующих ионов Е связаны с вероятностью эмиссии кластеров с данным числом атомов п. Обнаружить существование такого порога позволила специфическая особенность кластерообразования при бомбардировке твердого тела нонами цезия.

3. Выход кластеров определяется не средним коэффициентом распыления, а флуктуациями плотности каскадов в пространстве и времени, что противоречит рекомбинационной модели образования кластеров.

4. Экспоненциальная, зависимость выхода I" • отрицательных кластерных ионов от изменения работы ' выхода распыляемой поверхности приводит к выводу, что, как и в случае ионизации распыленных атомарных чаЬтиц, ионизацию распыленных, кластеров также можно объяснить моделью туннелирования электронов.

О Данные о- корреляции между относительным изменение!: выходов отрицательных кластерных ионов при уменьшении работы выхода распыляемой поверхности и значением сродства к электрону этих кластеров подтверждают теоретические предсказания модели прямой эмиссии.

¿Оробаинз..работы Основные' положения ' диссертация докладывались и обсуждались ка научных семинарах Института злгктрэкак» Академии • каук Республики Узбекистан и кафедр;.

физической электроники ИГУ, а также на следующих Международных и Всесоюзных семинарах и конференциях : .

.—Всесоюзный семинар "Вторичная ионная и ионно-фотонная эмиссия" С Харьков, 1983 и 1988 );

—XX и XXI Всесоюзные конференции по эмиссионной электронике С Киев,1S87; Ленинград,1990 );

—Всесоюзное совещание-семинар молодых ученых С Донецк,1988; Одесса,1990 );'

—Всесоюзный симпозиум,посвященный памяти академика АН УзССР У. Л. Лрифова С Ташкент, 1989 )';

—IX Всесоюзная конференция "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом" ( МоскЕа,1989 ) ; •

—X. Всесоюзная Конференция "Взаимодействие ионов с поверхностью" С Звенигород,1991 );

—Европейская конференция "European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis" 4 France, Paris, October, 1989.);

—Международная .конференция "International Conference on Quantitative Surface Analysis Techniques and Applications" f London, UK, November, 1990 );

—Международная конференция "Seventh International Confer once on Ion Beam Modification of Materials" С USA, Tennessee, September; 1990 ).

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

■ Объем_ваботы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, гя'.чвчакщих обзор литературы, экспериментальную 'w. "■

Х'Л'МИ/г результатов , '.ЫВОДОВ И СПНСК.?. цитируом^л Л'ГГг:]/ : ' '' vm 'T^'tнл Y' ci ? ггли ру.ч: г^'уг**.,иуг! '!vp> 1 С: 1 гГМЧИЦ T Л. Т-: ',';"! ЧИС':/ <i .ч^'Т!!!'М. \7 p.!'jy;'F'.'!:

- ш -

- 1 , .1,л .'¿л* х а £ ч 1 или.^пиьсАНЬ*) ) ' 1 С •']. аНш;.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В'2-.вьеденин дано краткое изложение современного состояния проблемы, обоснована ее ■ актуальность, поставлена цель дисеертационний работы и пути ее решения, приведены основные положения, выносимые на защиту, и показана новизна и практическая ценность работы.

В_Цёрвой_главе представлен . обзор • литературы по кластерному распылению. Несмотря на то, что эмиссия кластеров при распылении тверды;; тел ускоренными ионами является предметом научных исследований уже несколько десятков лет, она стала интенсивно развивающимся направлением исследований только лет десять назад. Определенный интерес к изучению многоатомных комплексов, который наметился в последние годы,вызван не только стремлением глубже понять процессы взаимодействия ионов с твердым телом,но и возможностью практического использования- этого явлення С получения пучков многоатомных ионов-, создание тонких пленок с'особыми свойствами,выращивание эпитаксиальных пленок). Поэтому в последнее десятилетие центр тяжести исследований кластерообраэования переместился в сторону изучения стабильности и структуры кластеров.Тем не менее,объем исследований кластерного распыления, выполненных в последние годы, значителен и продолжает расти. И несмотря . на это, из анализа' литературных данных следует :

а) до настоящего времени теоретически были изучены только отдельные аспекты эмиссии кластеров и пока отсутсутвует (.непринятое представление о механизме явления; б) в настоящее время нет также единого взгляда .относительно нехаьшмз! ионизации распыленных кластеров.

г> лонце литературного обзора на основании анализа данных

литературы по кластерному распилки» о!'эмулирована постановка задачи и пути ее решения. ■

Бо_етовой_главе дано описание экспериментальной масс-сиектрометрической установки и методов исследования кластерного распыления..-

Нелечаправленные экспериментальные исследования эмиссии

\

кластеров при распылении проводились с помощью специально разработанной мзсс-спектрометрической техники и методов,которые позволили в свое время получить богатую информацию об особенностях эмиссии вторичных отрицательных ионов при бомбардировке положительными ионами щелочных металлов мишеней из различных материалов. Этот выбор обусловлен тем, что эти методы позволяют изучать во время одного эксперимента характеристики как ионной, так и нейтральной составляющих распыления.

Для .исследования характера и закономерностей отрицательно-ионного кластерного распыления твердых тел используется метод вторично - ионной масс - спектрометрии Сметод. ВИМО) с регистрацией вторичных отрицательных ионов. Сведения о кластерах, распыленных в нейтральном состоянии,можно получить с использованием детектора нейтральных частиц [11, в котором нейтральная компонента распыления регистрируется постионизацией в отрицательные ионы в процессе рассеяния от вспомогательной поверхности с пониженной работой выхода (метод ВНМС). Этот метод регистрации нейтральных частиц также дает возможность для определения коэффициента ионизации при распылении твердых тел в виде отрицательных ионов.'

'1В£1М_гяава содержит описание исследований распределения относительного содержания рчспвлешш';; кластеров в зависимости от п., числа атомов р кластере, характера изменения этих

распределений ь зависимости от таких параметров, как плотность тока и масса первичных ионов, материал и температура распылямого образца. Кроме того, в этой главе описаны эксперимента, в которых методом масс-спектрометрии вторичных отрицательных ионов исследовалось влияние объемных примесей на выход отрицательно-ионных кластеров при бомбадироьке медной мишени конами цезия.

С помощью анализа продуктов распыления графита, меди, кремния и алюминия методами ВИМС и ВНМС была получена следующая информация :

а)в масс-спектрах присутствуют как. многоатомные кластеры в отрицательных ионов, так и нейтральном состоянии ;

б) наблюдается нечетно-четная осцилляция интенсивности эмиссш; кластерных ионов ь зависимости от л ;

в) осцилляции в распределении в зависимости от п находятся ь хорошем согласии с вычислениями Жойса [-113;

г) выход кластеров ККО монотонно спадаем приблизительно как l'a", где m - 1,5 - 4,0;

д) при распылении меди на выход отрицательно-иоиных класторо.» оказывает влияние как загрязнение поверхности твердого тела со стороны вакуума молекулами остаточных, газоз, так и . изнутри образца за. счет диффузии объемных примесей к поверхности;

е) относительный выход I~ кластерных ионов Si" растет при увеличении как плотности тока, так и температуры ■ поверхности кремниевой мишени. .

УёТёёЕТаз_М§ва посвящена описанию исследований, которые проводились с целью проверки одной из ключевых ' идей рекоыбинационной" модели образования- кластеров ' описываются исследования влияния на образование кластерных ионов среднего значения коэффициента распыления исследуемого образца. Для этой

(.ели измерялись выходы отрицательно-заряженных кластерных юнов,эмиттированных из кремниевой,медной и алюминиевой мишеней при бомбардировке поверхностей их ионами различных щелочных металлов с энергиями от 0,1 до 3,0 кэВ. Экспериментальные данные позволяют-сказать следующее:

а) впервые обнаружено для кластерных ионов с числом атомов л наличие пороговой'энергии бомбардирующих ионов Еп, ниже которой как бы прекращается распыление твердого тела в виде таких кластеров. Это явление связано с вероятностью эмиссии кластера с данным числом п : _

б) ^порвые пояуч°ин 0кспер:н..л1таль;;,.-:* даннкз о независимости нормированных выходов кластерных ионов 8)-~,Сия и А] ~г' I.» энергии и массы первичных иояоь,чу> позволяет сделать заключение о независимо тги нормированных ..¡лодов кль :теряых ионов кремш'т, меди и алюминия ОТ'среднею значения коэффициента распыления, что противоречит выводам рекомбинационной модели образования кластеров.

■ П-21ая_глава посвящена описанию экспериментальны: исследований, проводимых о. целью получения информации как ^ механизме 'образов*«;»» кластеров, так и иснныции их. В этих экспериментах проверяются ключевые ид*и моделей образовали* кластеров о характере связи между вероятностью ионизации и значением сродства к электрону кластеров с данным числом »томов ¡1 . Описываются эксперименты, в ' которых исследуется влияние на выход кластерных ионов наличия на распыляемой юверхностн пленки калия и измерения методом [1] коэффициента {онизации при распылении графита и кремния в виде отрицательно-юнных кластеров. В конце главы дается краткое изложение жспериментального исследования электронно - ст'мулированной (есорбции отрицательных ионов при бомбардировке поверхности

1 »¡,ф»:д-4 л»илн электронным пучком и приводятся эксиериыенталы: данные по измерению коэффициентов ионизации при распылен ионных кристаллов СаГ.,, На Г и Р.ЬВг в виде отрицательных ион Г" и Вг" и НЬВг в виде положительных ионов РЬ+. Результаты эт исследований позволяют сказать следующее : а> впервые детально исследована динамика изменения выхода вт ричннх отрицательных кластерных ионов Б!", А1~ и С~ в завис мости от толщины и скорости нанесения пленки калия на распьшя-мые ионами цезия поверхности кремния, алюминия и графита;

б) между выходом I" вторичных отрицательных ионов и измененш работы выхода йф поверхности распыляемых образцов существу« экспоненциальная зависимость вида 1~с/"> В ехр С ); •

в) относительное изменение выходов I" при уменьшении' работ выхода коррелирует со сродстгом к электрону кластера;

г) методом, предложенным в свое время для ' определения коэффи циента ионизации при атомарном распылении [1], были измерен коэффициенты ионизации при распылении графита ' й кремния виде отрицательно-ионных кластеров. Эти результаты показывают что метод [13 позволяет определить коэффициенты' ионизаци частиц, распыленных в виде многоатомных кластерных ионов;

д) как между значениями (Г и ЕА.так и между значениями р~ и Ф

П П

имеет место определенная корреляция;

е) метод Ш позволил также определить коэффициенты ионизаци! при распылении ионных кристаллов в виде 'отрицательных I положительных ионов Сем.таблицу);

ж) Экспоненциальная зависимость выхода . I" отрицательны* кластерных ионов от изменения работы выхода распыляемой поверхности приводит к выводу, что, как и в случае ионизации распыленных атомарных частиц-, ионизацию распыленных кластеров Та?.*е можно о:Ьяе.чить моделью туннелирования электронов;

ТАБЛИЦА

ЗНАЧЕНИЯ КОЭ-ШЩИЕНТОВ ИОНИЗАЦИИ Ц* ПРИ РАСПЫЛЕНИИ ГРАФИТА, ■ КРЕМНИЯ, АЖМИНИЯ, NaF И РЬВг В ВИДЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ И ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ИОНОВ, ИЗМЕРЕННЫЕ МЕТОДОМ Ш.

УСЛОВИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ВТОРИЧНЫЕ .ИОНЫ КОЭФФИЦИЕНТ ИОНИЗАЦИИ, ß'.Y. п ЭНЕРГИЯ СРОДСТВА К ЭЛЕКТРОНУ. эВ

алий отсутст-ует на поверх-ости sí; • Rb+ 8,0 40,0 1,385 ±0,005 0,4859 ± 0,0015

аилучшая ктивировка эверхности алием С" i " с: С"- J ' С" ' F" Вг" АГ 1 г si; sv ' 0" ' 11,0 33,0 4,0 10,0 50.0 35,0 7,0 28,0 ± 2,5 36,0 »3,5 -20,0 * 2.5 1,2623 ± 0,003 ' 3.54 ± 0,05 1,8; 2,5; 1,3 3,5 3.55 ± 0,17 3,37 ± 0,02 0,4 1,9 ± 0,3 1,465. ± 0,005

элстая пленка. 1лия на холод-эй поверхности земния 0" 37,5 ± 2,"5

как данные о корреляции между относительным изменением {одов отрицательных кластерных ионов при уменьшении работы {ода распыляемой поверхности и значением сродства к электрону IX кластеров, так и наличие определенной корреляции между учениями и ЕА, подтверждают справедливость теоретических ?доказанни модели прямой эмиссии;

- ю -

и) впервые получены • экспериментальные данные по электрог стимулированной десорбции отрицательных ионов при бомбардир 1 электронным пучком имплантированной' цезием поверхностей 1ЛН. Д°лае гея предположение, что наиболее вероятным механизмом электронно-стимулированной десорбции отрицательных ионов Нс поверхности ПН по-видимому можно считать Оже-механизм Кнотека-Фейбелъмана [123.

В заключении приводятся основные результаты, полученные в диссертационной работе, и выводы.

ВЫВОДЫ

I.Методы ВИМС и ВНМС позволили осуществить анализ состава кластерного распыления как в заряженном, так и в нейтральном состояниях, и изучить распределения относительного, содержания этих кластеров.

2 Значительное количество распыленного в .заряженном . состоянии материала распыляется.в виде кластеров.

3.Большее количество распыленного материала содержится в больших кластерах, чем в мономерах.

4. Информация об относительном содержании кластеров доказывает необходимость формирования новых , теоретических представлений процесса распылений поверхностей ионами.

5. Для обнаружения' в .продуктах распыления исследуемой мишени кластера с числом атзмов п, необходимо, чтобы первичный ион обладал энергией,равной пороговой Еп и выше. Это связано с распределением относительного содержания кластеров в зависимости от п-, числа атомов в кластере,которое,в свою очередь,связано с вероятностью смиссии кластера с данным .числом атомов п.

6.Специфическая особенность явления кластерообраэования при бомбардировке исследуемых поверхностей ионами цезия поэволкче! обнаружит* наличие пороговых ппергий Е.. при

- 1У -

кластерном распылении и изучить закономерности образования кластеров в диапазоне значений энергий, близких к пороговым.

7. Результаты экспериментальных данных о независимости нормированных выходов кластерных ионов от энергии и массы первичных ииноз, а также литературные данные о характере корреляции мезду коэффициентом распыления и максимальным значением п позволяют сделать заключение, что выход кластеров определяется не средним коэффициентом распыления,а флуктуациями плотности каскадов в пространстве и времени.Зга существенная информация о механизме образования кластеров противоречит теоретическим выводам рекомбинационной модели образования кластеров. •

8.Экспоненциальная зависимость выхода I" отрицательных кластерных ионов от • изменения работы выхода распыляемой поверхности ьф приводит к тому, что, как и в случае иониэац'и • распылекнкх атошрких. частиц, ионизацию распылённа кластеров также мойо объяснить модель» туннелирования электронов.

8. Даннь;е о корреляции между относительным изменением выходов отрицательных кластерных ионов при уменьшении работы выхода распыляемой поверхности и значение;-! сродства к электрону этих кластеров,так и наличие определенной корреляции между значениями />~и_ЕА подтверждают справедливость теоретических предсказаний модели прямой эмиссии.

10. Впервые получены экспериментальные данные по измерению методом I1] коэффициентов ионизации при распылении ионных кристаллов СаР^.НаГ и РЬВг в виде отрицательных ионов Г и Вг и ИэВг в виде положительных ионов

И.Вперв.ые получены экспериментальные данные по электронно-стимулированной десорбции отрицательных ионов при бомбардировке электронным пучком имплантированной цезием поверхности 1лН. которые позволяет сделать предположение, что

- ги -

наиболее вероятным механизмом электронно - стимулироБан: десорбции отрицательных ионов Н- с поверхности 1лН мо; считать Оже-механизм Кнотека-ФейбелЬмана [Д23.

Основное содержание диссертации отражено в следую!; публикациях: -

1. Аюханов А. X. , Джаббарганов Р. , Турмашев Э. О степени отри1 тельной ионизации многоатомных частиц при распылении графита Тез.докл. Всесоюзного семинара. Вторичная ионная и ионн фотонная эмиссия. - Харьков. ,28-30 сент. ,1983,- С. 36-37.

2. Абдуллаева М. К. , Джаббарганов Р. Исследование образован отрицательно-ионных кластеров при бомбардировке твердого те положительными ионами цезия // Тез. докл. XX Всесойэт конференции по эмиссионной электронике.-Киев. - 1987,- С.191.

3. Абдуллаева М. К. .Атабаев Б. Г. , Джаббарганов Р. Исследование ос разования отрицательно-ионных кластеров при бомбардировке кре!< -ния ионами цезия//Тез. докл. Всесоюзного семинара. Вторичная ио* иая и конно-фотонная эмиссия.-Харсков. ,28-30июня.,1983.-С.42-4

4.Абдуллаева М.К., Атабаев Б.Г., Джаббарганов Р. Определени коэффициента ионизации при распылении кремния В виде ртрица тельных ионов // Тез.докл.Всесоюзного семинара.Вторичная ионна и ионно-фотонная эмиссия. -Харьков'. ,28-ЗОиюня. , 1988. -С. 50-52.

5. Абдуллаева М. К. , Атабаев Б. Г. , Джаббарганов Р. Знергетическа: зависимость выхода .отрицательно-ионных кластеров при бомбардировке поверхности кремния ионами щелочных металлов // Тез.докл. Всесоюзного совещания-семинара молодых ученых. Диагностике поверхности ионными пучками.-Донецк. ,5-8декабря. ,1988.-С.90-91. 0. Абдуллаева М. К. , Атабаев Б. Г.Джаббарганов Р. Определение коэффициентов ионизации при распылении отрицательно - ионных кластеров кремния //Тез.докл.симпозиума,посвященного .памяти академика АН УэССР У. А. Арифова. Взаимодействие атомных частиц с

ерхностью твердого тела.-Ташкент. ,13-15 июня. ,1989. -С. 56-57. бдуллаева М. К. .Атабаев Б. Г. .Джаббарганов' Р. Исследование азования отрицателвно - ионных и нейтральных кластеров при бардировке графита и кремния щелочными ионами // Материалы Всесоюзной конференции. Взаимодействие атомных частиц с рдыы телом. - Москва., 10-12 октября. , 1989. - С. 323-325. ИМС и ЭСД отрицательных ионов с поверхности ионных. зталлов / Б. Г. Атабаев,Е. А. Беседина,Р. Джаббарганов,М. С. Кареев Материалы IX Всесоюзной конференции. Взаимодействие атомных гид с твердым телом. - Москва. ,10-12 окт. ,1989. - С. 220-222. Electron - Stimulated desorpticn, Secondary emission arid ■ging of ionic crystals/B. G. Atabaev.E. A. Besedina.M. S. Kareev, ¡abbarganov // Tez.dokl. ECASIA 89. European Conference on ications of Surface and Interface Analysis. - Paris., ¡7 October. , 1989. .

ieutral and Negative Ion Cluster Emission During Sputtering/ Abdullaeva.B. G. Atabaev.R.Djabbarganov,and A. Kh.Abdullaev // dokl.IBMM 90 Knoxville,Tennessee,September9-14.,1990. -GP-27 Абдуллаева M. К., Атабаев Б. Г., Джаббарганов Р. Эмиссия ральных и отрицательно-ионных кластеров при распылении // докл.Всесоюзного совещания-семинара Диагностика поверхности ыми пучками. - Одесса. , 26-31 октябрь. , 1990 - С. 39-40. Abdullaeva М. К. , Atabaey В. G., Djabbarganov R. The titative analysis in Secondary - neutral particles and Live ion mass - spectrometry // YI - International эгепсе on Quantitative Surface Analysis Techniques and ications. - .London. ,UK. , 13 - 16 November, 1990. - P. Al. вторичная эмиссия нейтральных и отрицательно - ионных "еров алюминия /М. К. Абдуллаева,Б. Г. Атабаев, Р. к- аббарганов, »бдуллаеь " Тез. докл. ХлТ Рсроок'ЭЦ'Я\ К'"'н,|<'ррнчн!1

эмиссионной электронике, - Ленинград, .декабрь. ,1990. - С. 196.14. Абдуллаева М.К., Атабаев Б.Г., Джаббарганов Р. Исследование образования отрицательно - ионных кластеров при бомбардировке кремния ионами цезия /V Известия АН УзССР. -1930. -N 2. -С.70-79. 15. Абдуллаева И. К. , Атабаев R. Г. , Дкаббнрганоь Р. Определение коэффициентов ионизации отрицательно - ионных кластеров кремния методом регистрации нейтральной и ионной составляющих распыления // Известия АН УзССР.- 1990.- N 3. - С. 56-61. 1G. Абдуллаева М. К. .Атабаев Б.Г. .Джаббарганов Р.Эмиссия нейтральных и отрицательно-ионных кластеров при распылении графита и кремния // Известия АН СССР.,сер.Физ.-1990.-Н 7-С.1322-1325.

17. Абдуллаева М. К. ,Атабаев Б. Г. .Джаббарганов Р. Исследование образования отрицательно-ионных и нейтральных кластеров при бомбардировке графита и кремния ионами щелочных металлов // Поверхность. Физ. хим. мех. - 1990. - N 10. - С. 152-154.

18. Electron-stimulated- Desorption, Secondary Emission and Charging of Ionic Crystals / B. G.. Atabaev, ' E. A.' Besedina, M. S.Kareev and R. Djabbargariov // Surface' a-nd Interface-Analysis. - 1990. - V. 16. - P. 475-479. ; '

19.Абдуллаева M.K. .Атабаев Б. Г. , Джаббарганов Р. Эмиссия нейтральных и отрицательно-ионных кластеров при распылении алюминия // Тез. докл. X Всесоюзной конференции. Взаимодействие ионов . с поверхностью. - М. 3-6 сент. , |991. - Сч209-211.

20.Abdullaeva M.K. , Atabaev B.G. and Djabbar'ganov R.Neutral and negative ion cluster emission during sputtering // Nucl.Ins.and Methods in Phys. Research. - .1991,- V.B. 62. - P. 43-46.

21.Образование отрицательно-ионных и нейтральных кластеров при распылении графита и кремния /А.X.Аюханов, М. К. Абдуллаева, D. Г. Атабаев, Р.Джаббарганов //В сб.труд, симпозиума,посвященного памяти академика У.-А. Арифова С принята к публикации ).

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА . Льхаяоз А. X. .Турмашев 3. Определение степени отрицательной юнизации при распылении //ТО.-1977.-т. 47.-С. 1234-1237.

Joyes P.Sur la formation d'ions polyatomiques secondaires // I. Phys. -1983. -V. 44."-H. 2. -P. 221-227.

I Yu H. L. Emission mechanises of titaniufa oxide ions during sputtering // Phys. Rev. B.-1981.-V. 24. ~H. 2.-P. 1147-1150. 1. Yu. M. L. Formation of molecular ions during sputtering // Phys. Rev. B. -1S81. -V. '¿i. -N. 10. -P. 5624-5633.

3. Konnen G. P. ,De-Vries A. E. ,Tip A. On the energy distribution of sputtered divers // Radiat. Eff.-1974.-V.21.-P.269-274. ô Konnen G. P. ,De; 'Vries A. E. ,Tip A. On the energy distribution of sputtered clusters // RadiaL. Eff.-1975.-V. 26.-P. 23-29.

7. Gerhard M A model calculation of the Neutral Molecule Emission by sputtering. processes//Z. Physik. -1975". -B. 22. -P. 31-ЗУ

8. Staudenmaier G. Clusters sputtered from tungsten // Radiat. Eff. -1972..-V. 13. -P. 87-9,'.

9. Behninghoven A. Surface investigation of Solids by the statical method of Secondary ion mass-Spectroscopy (SIMS) // Surf. Soi. -1973. -V. 35. -P. 427-457.

10. Wittmaack K. Secondary Ion Yield Variations due to CesiuK implantation in Silicon // Surf.Sci.-1933.-V.126.-P.573-580.

1Î Joyes P. Alternations in the Secondary Emission of mol ecul ai-ions frcra nobl.e metals /■- J. Phys. Chem. Solids. - 1971. -V. 32. -P. 1269-1275.

12.Knotek M. L..Feibelman P J.Stability of lonically bonded Surfaces in Ionizing Environments //Surf. Sci.-1979.-V. 90.-P. 78-90^

-

- -

ЩОРИИ МЕТАЛЛ ИОНДАРИ Ш1ЛАН 1{АТТЩ ИИСНЛАЙМ ЧЛНГЛАНГИРШ НАТИЖАСВДА МАНФШ ИОН ВА НЕЙТРАЛ КЛАСТЕРЛШШНГ JJOCIUI БУЛИШйШ УРГАШЕ Жаббаргаяов Руэыат ¡Jiicjçaqa мазмунп У^тг.щ гисй сирти бирлаычи ионлар бклан бскбардии: }>плииганда чанглакйш натнкасида кластерлар цоскп булишшпшг с вг-.^тгача ыаьлуи булган ыодеяларшк текнмрш маз$садида С, Si, Ci ва Al яарнияг 'сирти бяряамчй шврр&Я ' ыэталя конлари бил ; бомбардшон ^иявкгакда ыанфий иой ва нейтрал кяастерлгрдая чи^иши ургашшгаи ^аыдг уларнинг досил булла мехаиизыи туррксид янги каъяушглар олинган.

Ман$ий кон ва нейтрал кластерлг^.ишп' чи}мвяни бпргишч:! «о знергиягн ва кассасвга богли^лигн Урггнклгав хаыда чаиглаягётгг. С, Ai, Si ва Cu кластерйари учун ионяаниш козффздйеитг (? уячаиган. Цапфай паи кяастеряарвинг чшршшш ссгл

спртишшг чш£йш вшита богтьтпиги урганялгаи .

Lili шшг сиртп электрон Ва нонлар бштн бок-бардкмо» цилшшб нккияаьня зшюсня ¡хасо-спектряарп кузатнлгап çaкда LÜ ионларкшгйг сартшшг тара кишга боглшршга ургашяди.

Оаиагая иаьлу&отлар кластерлар цаттщ зисмдак турридад. туррн ураб чи1$арияадн дегзп моделни тасди^лайд".

INVESTIGATION OF tíEUTRAL AÍ© NEGATIVE I CU CLUSTER EMISSION DURING SPUTTERING OF SOLID STATES BY ALKALI IONS Dzabbarganov R.

SuEmsry

There is a lack of a generally accepted codal for yatcmic cluster formation under ion bosbardcent. A series of related investigations of cluster formation during phite, silicon, copper and aluminum sputtering by alkali metal s is carried out to obtain new information concerning cluster cation mechanisms. The relative distribution of polyatomic ative and neutral clusters was investigated and the cluster Id determined as a function of tho priaary ion energy. The ization coefficients p~ for sputtered carbon, silicon, and ninum clusters viere deternined through postionization of '.he tral components. The effect of work function changes on the ative ion cluster yields was also studied. The results show t clusters mainly leave the sputtered surface as such.

r _ _

The dependence of cluster ion $in and Aln yeld on the sity of potassium film cn sputtered surfaces are presented and ows. one to conclude that the relationship betv?sn negative-ion ster yield and the change in surface vork function A3 is the onentlal character.

Secondary emission and electron-stimulated desorption ative ion of LiH data are presented. Ths nass spsctra of Ltered neutrals post ionized into negativa ions, and thoir ization coefficients cn th3 auxiliary target with a lew work ;tion, are presented.

Иодткляо в печать — 50-W.esг. £'>рчэт бЦэгц 60x84'/,«., Бумага типографская № I.

Печать «РОТАПРИНТ». Объем ¿ А Тираж /Й^ мел.

каз

Типография шдатсльствд «Фан» АН Республики, Уэбгкястац 700170- Тачзхек?, яр. М. Горького, 79.