Сравнительные исследования образования и фрагментации положительно и отрицательно заряженных гомо— и гетероядерных кластеров при распылении C, Al, Si, V и Cu ионами Xe+, O2+ CS+ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН Р[б ИН0-ДИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ имени У. А. АРИФОВА

^ Л ЦП Нй правах рукописи

БЕККЕРМАН Анатолий Давыдовнч

УДК 537.534.8

Сравнительные исследования образования и фрагментации положительно и отрицательно заряженных гомо— и етероядерных кластеров при распылении с, А1. V и Си ионами 0.^ и Сб+

Специальность 01.04.04—Физическая электроника

АЙТОРЁФЁРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент—1993

Рабата выполнена в Институте электроники им. У. А. Арифова Академии наук Республики Узбекистан, г. Ташкент

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат физико-математических наук

ДЖЕМШ1ЕВ Н.Х.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ : - доктор физико-математических наук .

КРЕМКОВ Ы.В.

- кандидат физико-математических наук АТАБАЕВ Б. Г.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Институт Электронной Микроскопии

г.Сумы , Украина

Защита диссертации состоится сг У ■ 1992^ г.

в \Ъ _часов на заседании Специализированного Совета

Д 015.23.01 в Институте электроники им. У. А. Арифова АН РУз по

адресу :

700143 ,Ташкент,ГСП , Академгородок, ул. 4>. Ходхаева 33

С диссертацией мохно ознакомиться в библиотеке Института электроники им. У.А. Арифова АН РУз.

Автореферат разослан "_"_1993 т.

Ученый секретарь

Специализированного Совета .

д.ф.-м.н. : ИЛЬЯСОВ А. 3.\

• ОБЩАЯ ХЛРШЕРПС'ПЖА РАБОТЫ . АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ.

Эмиссия кластеров при распылении твердих тол нона'га средних энергий давно привлекает к себе внимание многих исследователей. Интерес этот связан с широким развитием исследований свойств малых тастиц, являющихся переходным состоянием между изолированным атомом >! твердым телом .

Метод генерации кластеров путем распыления материалов ускорея-йогами является уникальным,поскольку он путем подбора ргспч-1яемого материала и сорта ¿омбардирукцих аоков позволяет получать (ластери,которые трудно или невозможно получить другим"? методам», юлучать экзотически? молекулы , являгачеся г:р.?.-сга?ителями новш ¡ли неизвестных классов химических еекеств. Хрсм» того, высокая ?оля заряженных кластеров, образующихся цри раоиылении, збеспечивает значительное удобство приведения исследований, т. к. ке гребуется дополнительных средств дль показании кластеров с квгьв их тльнейшей идентификации в масс-спектрометрах.

Процесс распыления твердых, тел также лежит В ооноре метода »торично-ионной масс-спектрометрви С БИМС), й ряду р л личных* методов юнной спектроскопии этот метод отличается свои» уг/.кадьянм набором шаяитическйх возможностей. Ценность его состоит г- ■ум, что, иснсяьэуя »азличние методические приемы,о том числе и регистрацию эаря*екяых кластеров,можно получить информацию о хямгюскоч к элеь.'птнсч соста поверхностных слоев, ко'мчественном содержании различии* г.римесей !Х распределении по глубине и по поверхности ...-следуемых Материалов ' Естественно, что успехи в применении метода- ВЕМ" к одах.-яу :азличных материалов непосредственно определятся глубиной :онимання всех процессов, лежащих в его основе. Но, г. сожалению, на ■эгодняшний' день отсутствует целостное представление о механизме ^.шссии вторичных ионов. Рассиотргяие этого, явления дате в рамках лисання эмиссии атомарный конов - палача очень слог jas, требующая чета состояния эматтируодшс .л омов роли различных конкурирующие роаоссоз, приводящих к тл иопч&ацвв.

Вместе с тем , многие эксперименты показывают что в потоке аспыленннх частиц обнаруживается обилие кластерных и молекулярных снов. Причем,лоля ионизованных молекул в обцем потоке вторичных онов, их молекулярная структура и- зарядовый состав определяется ак состоянием поверхности,так и условиями распыления. .

13 то же время , caíto явление эмиссии кластерных ионов пока не оддается детальному описание. Теоретические и экспериментальные

исследования,проведенные р этом направлении,не позволяют однозначно установить механизм зииссии. Были предложены две альтернативные модели, описывающие это явление: модель коллективной эмиссии и модель статистической рекомбинации независимо распыленных атомов. Причем,эти модели привлекались,в основном, для описания распыления чистых поверхностей металлов, бомбардируемых ионами инертных газов. При бомбардировке же многокомпонентных материалов или же при распылении металлов ионами химически активных элементов задача рассмотрения эмиссии кластеров существенно осложняется, так как в этом случае необходимо учитывать эффекты, связанные с внeдpeниev Химически активных атомов в распыляемую матрицу, образований приповерхностных слоев с измененной химической структурой, образование на поверхности молекул, их десорбции и химические реакции частиц над поверхность».

Кроме того, упомянутые модельные представления не учитывали энергетического состояния распыляемых кластеров.Как показали исследования последних лет,распыляемые кластерные ионы покидает поверхность в метастабильном состоянии с высокой вероятностью фрагментации. Образующиеся при этом заряженные осколки имеет стабильну» структуру,как следствие,большое время жизни и могут дават! существенный вклад в итоговый массовый спектр вторичных ионов.

Обнаружение процесса мономолекулярной фрагментации кластер« стимулировало появление новых современных подходов к. описанш механизма эмиссии кластеров . В них делаются попытки обьяснит] возможность распыления частиц большого размера \ объяснить высоку! степень колебательного возбуждения кластеров и учесть имеющие мест< процессы их разрушения. В большей степени эти теоретические разработки касаются эмиссии нейтральных кластеров и по свои; результатам еще очень далеки от совершенства. Такая ситуация , : основном,связана с недостатком экспериментальных данных по фрагыен тацки кластерных ионов обоих знаков заряда,наблюдаемых в масо-спек трах распыленных частиц , и отсутствием необходимой информации I роли этого процесса в формировании зарядового и массового распре ^делений вторичных иоков. Совершенно не изучен вопрос о влиянии про цессов мономолекулярной~фрагментации_£ложных молекулярных комплек сов, образующихся при распылении металлов ионами химйчески^активны элементов,на процессы ф-рмирования потоков вторичных ионов,а вед -известно , что использование таких ионов в значительной степен стимулирует процесса ионизации распыляемых частиц и приводит

- а -

зуиественным изькяениям вида массовых распределений кластеров . ЦЕЛЬЮ РА60ТЫ являлось ': •

- разработка и создание вторично-ионого масс-спектрометра с двойной фокусировкой для проведения исследований образования и фрагментаци кластерных ионов , образованных распылением твердых тел ускоренными ионами инертных газов , кислорода к цезия ; ,

- изучение в идентичных экспериментальных условиях закономернростзй . формирования масс-спектрального состава положительно и отрицательно заряженных вторичных ионов при распылении C,AlrSi,V и Си ионами Хе+, Og и Cs+ средних энергий ;

• исследование особенностей мономолекулярноЯ фрагментации положительно и отрицательно заряженных, гомоядерн::/ л гетероядерных кластеров , образующихся при распылении C,A1,S1,V и Си ускоренными ионами Хе+, 0-5 и Cs+ ;

- сравнительное изучение масс-спектров осколочных ионов , образующихся при распаде метастабильных вторичных ионов , во временной диапазоне 10~% КГ'с от момента эмиссии .

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

Разработан и создан ионный мшсроака лнзатор, дзсдаа высокими техническими параметрами и позволяющий проводить исследования массовых и энергетических распределений вторичных ионов , а также исследования процессов мономолекулярной фрагментации - глзтастабиль.чых кг.эагерсых ис:.:ое при распылении поверхности ионами средних энергий .

!. Впервые в идентичных экспериментальна; условиях проведены исследования масс-спектрального состава BID полохительпо и отрицательно заряженной компоненты продуктов распыления С,А1,51, ; V и Си при их бомбардировке первичными ;:она?.!и СХе*,0* и Сз+). ■ Измерены величины интегральных коэффициентов ВИЗ положительно и ' отрицательно зарят.енных частиц . гомсядерных я гетероядерных

, кластерных iiciioa в зависимости от материала мишени и природу .бомбардирующих ионов .

!. В. одинаковых условиях' эксперимента исследованы процессы мономолекулярноЯ фрагментации положи-элыю и отрицательно' оаряженных гомоядерных кластерных ионов С~ ,А1~ ,Si~ и Сил Обнаружена кор^елляция тглу масо-спектрами материнских кластерных ионов И~ , формоП знергоспектров , интенсивностью и наиболее Еероятшдаи направления?« протекания реакций фрагментации соответствующих кластеров . Установлено,что для кластеров полупроводниковых катерналов С~ и Si" характерна множественность

каналов распада с срразоьа'нием крупных нейтральных осколков .

4. Епервые при распылении алы.шния ионами Хе'оарегистрированы и исследованы мономолекулярные распады кластерных ионов AI* С п = 3 + 24) с локализацией заряда на атомарном фрагменте . ■Показана определявшая роль соотношения между потенциалами ионизации (электронным сродством) образующихся осколков в выборе фрагме'нтирусдей системой того или иного канала распада.

5. Исследованы процессы фрагментации' гетероядерных кластерных ионов М 0~ при распылении металлов ионами 0* . Обнаружены каналы фрагментации с интенсивным образованием заряженных атомарньи осколков М+ и 0" ео временном диапазоне 10"% 10"4с . Показано, что такие реакции могут давать существенный вклад в общий пото* атомарных ионов М+ и О".

6. Исследованы масс-спектры гомо- и гетероядерных кластерных hohoi С* и CnCs^ при распылении графита ионами Cs'. Впервые обнаружен; преимущественная эмиссия фулериноподобных гетероядерных кластерных ионов G^Cs* с числом атомов п < 36 и аномально высоказ интенсивность эмиссии С Cs~ и С Cs" о n i 21 . Путем иссле-

г. п г *

давания направлений реакций мономолекулярной фрагментами показано,что кластеры С Cs~ , содержащие нечетное число составляющих их атомов (п + m = 21о +1 3 , имеет повышеннуз стабильность .

7. Исследованы особенности шноыолекулярной фрагментации гетероядерных кластерных ионов MnCs~ . Впервые обнаружена строга: избирательность протекавших процессов фрагментации с образованием осколков Cs° и Cs* и их существенный Еклад в установление зарядового и массового распределений вторичных частиц.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ .

1.- Создан вторично-ионный масс-спектрометр секторного типа < двойной фокусировкой,обладаездн высокими техническими нарамет •рами и эксплуатационными возможностями , позволяющий проводит исследования распыления различных материалов ионами средни энергий , вести поиск конкретных соединенна в многокомпонент них веществах путем исследования всех направлений распад сложных ~кластерых-ионоь_,__

2. Разработанные методики регистрации массовых^и—энергетически спектров вторичных ионов с учетом распыления и фрагментаци

, гомоядерных и гетероядерных кластерых ионов использованы разработке серийно выпускаемого ионного микроанализатора.

. Б условиях, • соот'ветствутих наиболее часто используемым крк проведений элементного и профильного- анализов материалов методом ВИЬ'С,. определены' относительная 'распространенность и интегральные козффиценты эмиссии положительных и отрицательных вторичных ионов,что позволяет прогнозировать эффективность генерации гомоядерных и гетерояяерных заряхеннах кластеров к проводить надёжную интерпретацию массовых. спектров, регистрируемых в различных условиях распыления ¡баллов . ' и . Исследования процессов мономолекулярной фрагментации разлитых гр;,пп вторичных аомов,оценка их- роли в формировании зарядового и массового распределений вторичных частац могут быть использованы для развития современных представления о механизмах распыления кластеров к'их Ионизации.

НА ЗАЩИТУ ВЫКОСИТСЯ: При распылении С , А1 , , V и Си ¡юнаня 0* основным типом распыленных заряженных молекул являитдя гетероядернке. кластерные ионы НТО" ,. а при распьшенил ионакя- Сз+ - Пйгожитбльйо заряженные гетероядорныэ и отрицательно заряженные

гомоядерные кластеры гГ , Переход от распылен;^ металлов иенгюг Хе' к распылении исшдои 0* или Сз* приводит К ьыравапвань'п интегральных потоков эмиссии - положительных. и отрет'гтелькшс вторичных конов . -

Кономолэкулярнйя фрагментация - обцее явление .характернее как для' положительно , так - и отрицательно эаря&ейнкх гемо- и гетероядерных кластеров, образующихся путсь- раепчленпг уоталлов ионами средних энергий . Характер коисмо.текуяярноЯ фрзгчгиТ'"ЦМ гомоядерких кластерных ионов,а именно - ¡1 каналы

. распадов и . тип образующихся осколков в Йесполовйх зонах масс-спектрометра вне зависимости; от зарядегого состояния кластеров в большинстве случаев одинаков . Конечный результат ковомолекулярноЯ фрагментации онрадёляется как анергией диссоциации и йнэргяей колебательного зезо'уаде;::'« , напасенной кластером , его геометрической структурой., ■ так и соотношением между, потенцийлами- ионизации . или . злектропньм сродством . образующихся осколков, • !. • Корреляция• иекду реакциями фрагнёйтации- кластеров- в беспо-" левый зонах прибора,поведением- "протиковых" участков эйерго-распределениЯ как атомарных,так и, кластеррнго: ионов,а. такке видом масотспектроз "стабильных" и осколочных ионов позволяет сделать вывод о том , что Вторичные коны, являвшиеся стабильными

зо временно« окне,характерном для регистрации масс-спектр.: ВШС, по природе своей могут быть осколочного происхождения- . 4. При распылении металлов ионами О* важную роль в установлен! зарядового и массового сотава вторичных частиц игра г последовательности реакций фрагментации матастабильнь гетероядерных' молекул окислов металлов . Эти яе процессы да! существенный вклад в общий поток распыленных атомарных ионе М* и 0" ,что подтверждает высказанный ранее механизм химичес кого усиления ионной эмиссии за счет разрыва связей в эмит тируемой молекуле с образованием ионных пар . Б. При распылении к^таллов ионами важную роль в установлени зарядового состояния и массового ра'спредс .ения вторичных части играют последовательности интенсивных реакций фрагментации ка нейтральных гетероядерных кластеров МпСз° с образованием ионны пар , так и заряженных гетероядерных кластерных ионов. АПРОБАЦИЙ РАБОТЫ.

Основные рез,яьтаты работы докладывались и обсуждались на:IX X и XI Всесоюзных ,конференциях по взаимодействию ионов поверхностью (Москва, 1983; Москва, 1991; Москва, 1991) Всесоюзном совещании-семинаре "Диагностика поверхности ионны* пучками" (Одесса, 1930) ; XIX Всесоюзной конференции г эмиссионной электронике (Ленинград, 1990), 6-й Международнс конференции по количественному анализу поверхности (Англия, 1990) VI и IX Международных конференциях по вторично-ионной масс-спект роаетрин (Голландия. 1987 ; Япония, 1993 ) .

ПУБЛИКАЦИИ.

По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ - 6 стат< и 9 тезисов докладов на всесоюзных и международных конференция: Список этих работ приведен в конце автореферата.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ.

'Диссертационная работа состоит из введения, четырех гла заключения и списка литературы из /Ь( наименований. Общий объ диссертации составляет страниц, в том числе рисунков ~—I/—таблиц._____

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. --------

Во введении дана краткая характеристика проблем, стоящих пер '.исследователями в изучении процесса распыления . кластере обоснована актуальность выбранной темы, поставлены цели и задг

следований,показана новизна и практическая ценность исследований, ормулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор современного состояния следований эмиссии кластеров при распылении твердых тел ионики эдних энергий. Приводятся результаты экспериментальных следований распыления различных металлов ионами инертных газов: сс-спэктрального состава продуктов ргошлеиия, влияния и#гсц, гергил, угле падения перзнчных иснов на параметры эмиссии ¡::стер:;з. Особое внимание уделяется самки последним экспериментам, 1 которых используются современные' метода псстионизации потоков гвтральрых кластеров и приводятся сравнительные' дакяы» по кссовому распределению как зарякениых, т зя и нейтральных тестеров, определяются коэффициенты ионной эгасочи и "тепень знизации кластеров. Отмечено, что с ростом размера кластеров, гепрнь их ионизации стремится к 1.

Рассмотрены вопросы, связанные с процессам химического ускле 1Я эмиссии вторичных .всноз. Приведены результата экепергг-.'итов по юпылэ!1.!'» «еталлоз ионами кислорода и ионами цезия, а такзсз :сперим?нты с • контролируемыми логрмтшши поверхности з.токз!Г! •лочных металлов. Приведены современные модельные преставления о ■ханнзке химического усиления ВГО атомов и кгтокул.

Дав обзср современного «состояния ' исс«едг.»аний процесса ягкентации кластеров при распылении металлов. Коротко описаны •ягинальные методики, позволяете рргистраг-овзть распады р .зличных временных диапазенэх, определять средние времена кязни к ергяя возбуждения кластеров. Приводимые в обзоре данные идэгельствувт о сильном влиянии процесса распада на вид массовых ектрсв кластеров переходных и благородных металлов. . В работе приводится краткое описание соврекэняих представления механизме эмиссии кластеров и их фрагментации. С учетсч анализа иных. по изучаемой проблеме в конце главы сформулирована цели и дачи исследования.

Лтоазя глава посвящена описана» вторачно-ионнсго- масс-спектро-тра с двойной фокусировкой,использованного при проведении зкепе-ментов- , методик сравнительных исследований масс-спектрального става и процессов мокомояекулярной фрагментации вторичных ионов, но краткое описание основных узлов и конструктивных особенностей ибора, описана автоматизированная система управления процессом мерений массовых и энергетических спектров вторичных ионов.

В разделе, посвященном методикам исследований, подробно описан -

- 10 - •

.. . * •

способ определения коэффициента пропускания масс-спектрометра СГ=1.84-Ш"3), что было необходимо для определения абсолютных синений коэффициентсй" волной эмиссии 3 различных условиях распыления. Описана методика регистрации стабильных ионов, а также осколочных ионов, образующихся на различных участках траектории пролета вторцчних ионов через тракт масс-спектрометра. Величин« котокА вторичных ионов определялась путем измерения пиковц» интенсивностей •■ при • широкой энергетической полосе пропускания прибора -С40 -50эВ) с учетом вклада в сох основных комбинационных пояиизотопных пиков.Сопоставимость результатов исследований распыления и фрагментации кач положительно,так и отрицательно заряженных кластерных ионов достигалась проведением экспериментов в идентичных условиях; ток первичных ионов (Хе\0* и Сз*) - 1о=0.5мкА, плотность тока - .) 2мА/см2, анергия первичных ионов - Ео=1бкэВ.

Подробно описана методика измерения энергетических спектров вторичных ионов с использованием устройств пошагового сканирования потенциала распыляемого образца и синхронной регистрации величины соответствующего ионного потока. На основании совместного решения уравнения движения ионов в ускоряющем промежутке и уравнения, списываьцего закон распада, получено '¡ростог выражение для сравнительной оценки эффективных'констант образования осколков.

В третьей гяа'&е месортации пркьэдег.и результаты сравнительных исследований масс-спектрального состава эмиссии положительно ¡1 отрицательно заряженной компоненты распыления ' С, А1 ,* 81, V и Си первичными ионами Хо*,0* и Сз*. Приводятся измеренные распределения интенсивности Выхода гомоядерных кластерных ионов И' в зависимости от размера кластера 1(М~)~'/(п) для случая распыления исследуемы), материалов ионами Хе+, Для каждого с;;учал отмечены характерные особенности распределений, такие, как: аномалии в интенсивност: эмиссии,разрывы в распределениях н осциллирующее изменение интенсивности в зависимости от четности и нечетности номера кластера.'.

Рассмотрены общие закономерности эмисси вторичных ионов, характерные для распыления металлов ионами О* . Отмечено, что ы всех исследованных массовых спектрах наряду с интенсивной эмиссие] ^атомарных ионов М* ,0" и гомоядерных кластерных ионов. И регистрируется-обилие—гетероядерных_кластерных ■ иойов окисло: металлов типа Мп0~ , вгход которых во многих случаях 'сравним ил: превышает выход гомоядерных С здесь и далее п - номер молекулярно серии'', а т - номер представителя серии). Для большивств

юследованных материалов наблюдалась эмиссия гетероядерных кластерных ионов молекулярных серий с п=а,9 . Внутри каждой юлекулярной серии с данным номером п имеет место.аномально высокий *ыход отдельных частиц с определенным значением пит.

При распылении А1.БА,V и Си'ионами Сз+ в масс-спектрах положительных и отрицательных вторичных ионов обнаруживаются как гомо-ядерные М~ , так и гетероядерные кластерные ионы М^Сз* . Преобладающим типом положительных вторичных кластерных ионов являются гетероядерные кластеры МпСз^ Сш = 1 3). Сравнение для гомоядерных кластеров М* показывает, что эффективность их эмиссии при распылении ионами на два - три порядка ниже,чем при распылении ионами Хе+,но общий ход зависимости КМЪ = Яп) сохраняется . Для каждой серии гетероядерных кластеров . с определенным значением ш имеет место монотонный спад интенсивости ионов М^Сэ^ с ростом п.

В противоположность этому, отрицательные вторичные гомоядерные ионы имеют аномально высокий абсолютный выход,являются преобладающими в масс-спектрах ,. а вид зависимостей КМ") - Г(п) значительно отличается от измеренных при распылении ионами Хеч . Гетероядерные кластеры-МпСэ" имеют низкую интенсивность, и ионы с т > 2 в этих спектрах не наблюдались.

При распылении графита ионами Сз+ в масс-спектрах наблюдались некоторые особенности,не характерные для ВИЭ других исследованных металлов, рис.1 . Так,в масс-спектре положительных вторичных ионов впервые наблюдались интенсивные пики гетероядерных кластеров С^Сэ*, причем, с ростом числа атомов цезия , входящих в состав кластерных ионов С к = 1,2,3), интенсивность и протяженность соответствующей группы ионов возрастает. Наиболее интересным' является распределение гетероядерных ионов СпСз* , имеющее сильно выраженную 'четно-нечетную осцилляцию с усилением эмиссии для ■штных п и аномально высокий выход ионов с п > 16 .

Отличительной особенностью масс-спектров отрицательных вторичных ионов является наличие очень интенсивных пиков гомоядер-1ых кластеров С^ и не менее' интенсивных гетероядерных кластерных юнов СпСэ^ . Проведенные исследования показали , что существуют гри группы гетероядерных кластеров : СС5~,СпС5~ и СпСз~.

Предполагается , что наличие в масс-спектрах гетероядерных сластеров СпСз~ большого размера связано с особенностями строения •рафита, имеющего слоистую структуру и высокую концентрацию атомов & в приповерхностной области , которые в процессе ионной импяан-•ации накапливаются в межслойных промежутках . Образование таких

|(?шп/с)

1Р

10 6 10 4 10' ю 2 10 1

0 100 200 300 400 500 600 700 800

М/Ъ

I (ими/с)

10 е 10 в 10 7 10 • 10 а 10 * 10 3 10 2 10

г 2

сп

«■ . б

10

«Н

С„Са'

ю

ш

(Л)

20

22

24

26

100 200 300

и/г

400

Рис. 1 Масс-спектры гоио- и гетероядерных кластерных ионов при распылении графита пучком ионов Сз+ с энергией ЮкэВ при токе первичного пучка 0.5|жА : (а) - положительные ионы ; Сб) - отрицательные ионы .

в

2

2

омплексов происходит путем откалывания части поверхностного слоя с ¡оследующим формированием из него стабильных фулериноподобных ■астиц путем отрыва различных частей плоскости или испарением сдельных атомов углерода или Cs. При обсуждении результатов прив-гекастся данные масс-слектрометрических исследований лазерного испарения графита с образованием фулеринов и фулеринЬподобных кластеров . На основании простой п-электронной модели внешних электронных оболочек кластеров С показано,что с точки прения насыщенности

И о»

валентных связей,кластерные ионы C^Cs^ и CnCs с четным п имеет одинаковые электронные структуры и является наиболее предпочтительными, т. к. отвечает полностью заполненной внеаней оболочке.

Для проведения сравнительного анализа массовых спектров и эффективности ценообразования различного типа вторичных ионсз была рассчитаны абсолютные значения коэффициентов ВКЭ для основных компонент ионного потока и интегральна коэффициенты положительной и отрицательной ВИЗ . В обцем случае интегральные коэффициенты KL вычислялись из выражения :

* п п п т

+ +

где+/ - коэффициент пропускания масс-спектрометра ; ICM];) -К'^Ху) • ЕСХр" измеренные в масс-спектрах интенсивности потоков соответ-ствусвдх вторичных ионов (атомарных ионов ,гамо- и гртероядернмх кластеров ) . Показано , что при переходе от раелнлелия изталлов ионами Хе* к распылению ионами 0* «ли Cs4 доля заряхепкых молекул в общем потоке распыленных частиц возрастает,а также происходит, выравнивание выходов эмиссии положительных и отрицательных вторичных ионов . На основании полученных результатов делается анализ возможных процессов протекающих в приповерхностной области,которые могут влиять на вид массовых спектров,среди которых,как предполагается наиболее важную роль играют процессы фрагментации кластеров.

Четвертая глава посвящена сравнительному изучен;«? мономолекулярной фрагментации кластерных ионов , ее роли в формировании массового и зарядового состава распыляемых частиц .

В начале главы приводятся результаты сопоставительного изучения реакций фрагментации положительно и отрицательно заряженных кластеров , распыляемых с, чистых металлических поверхностей ионами Хе+ . Сравнение проводилась путем систематического пояска всех наиболее вероятных каналов распада материнских кластерных ионов М- в

Оесполевых зонах масс-спектрометра по реакциям вида :

М* -—» Мг + М° . (1)

п ж п-^

где п - число атомов матрицы в материнском ионе; ■ к - число атомов матрицы в осколочном ионе . Вероятность процесса рарпада определялась как :

+ 100 • /,СМг) • • РСМ-3 = -?--г- (2)

" "¿V +

где I^С- интенсивность ф^агментных ионов,рождаемых в данной йесполевой зоне прибора ; {МСМ~3- интенсивность материнских ионов.

На основании сравнительных исследований процесса иономолеку-лярных распадов положительных и отрицательных кластерных ионов Си*, V" , , С~ и А1~ .генерируемых путем распыления поверхности ионами Хе* с энергией ЮкэВ,сделаны следующие наблюдения и выводы :

- мономолекулярные распады кластерых ионов являются общим явлением для процесса ВИЗ,т. к. распады наблюдаются как для положительных , так и отрицательных кластерных ионов , распыляемых из металлов и. полупроводников ;

- характер мономолекулярной фрагментации кластерных ионов Си* ,

С" и А1~ ( для П > 8 ), а именно. - преимущественные каналы распадов й тип образующихся ■ осколков ' в бесполевых ' зонах масс-спектрометра вне зависимости от зарядового состояния кластеров - одинаковы' . ' При этом , регистрируемые масс-спектры отражают определенную эволюцию исходного распределения змиттируе мых частиц с момента их рождения до момента регистрации. Наиболее устойчивые образования менее подвержены мономолекулярной фрагментации и проявляются в масс-спектрах как более интенсивные пики ;

на примере сравнительного изучения распадов кластеров полупроводниковых материалов и С" показано , что,в отличие от кластеров переходных и благородных металлов , для них вне зависимости от знака'заряда характерно стремление к образованию крупных фрагментов . Так , для кластеров и- С~ были

-—зарегистрированы реакции вида : .

Бг- —> + 21 ' т = 3,4,5 7 для п > 7 (3) .

п п-т т

С1 +■ С т.= 3,4 ,' для п >' 7 С 4)

п п~ т т

В отличие от распадов кластеров как переходных , так I 'благородных металлов , а так&е кластеров полупроводников когдг

V ,

меньший из образующихся оскояков всегда нейтрален,для кластеров А1П впервые были зарегистрированы мономолекулярные распа,,в! с образованием атомарных ионов А1* . Из ' зависимости ■вероятности фрагментации от номера кластера (рис.2) следует , что осколок А1 + является основным продуктом распада кластеров А1* с п < 7 .тогда как для п > 7 преобладают реакции с образованием нейтрального атомарного осколка. Фрагментация с отрывом атомарного иона А1+ наблюдается вплоть до самых больших номеров кластеров,и вероятность этой реакции имеет заметную корреляцию о вероятностью ойратного процесса, т.е. с увеличением .вероятности фрагментации по одной реакции вероятность обратной реакции уменьшается , и на 5орот .

лс'п-,

Р(*>)

из2-

• - А1\ -г А1\-,.+- А1° о - АГп А1~„-, + ЛIй

- Л Г

Л/ +

10 . 1

1(1 10 3 • 10 ' 10 4

э я Л-

12

14 п

1Г, 1а 70 22

Рис.2 'Зависимость вероятности мономолекулярной фрагментации ионов А1~ в первой бесполевой зоне масс-спектрометра от .размера кластера при распылении алюминия ионами Х.е+ с энергией ЮкэВ.

Проведенные сопоставления полученных результатов и известных из литературы значений потенциалов ионизации (ТР) и электронного сродства СЕА).которые, показали,что 1РС А1) < 1РСА1 ) для п •-■ 2 + 14. Это дало основания полагать , что при фрагментации кластерных ионов существует статистическая вероятность локализации заряда на

одноатомном фрагменте и эта вероятность тем выше , чем больше разница между потенциалом ионизации С или электронным сродством) образующегося атома и материнского кластера .

На основании проведенных исследований можно утверждать , что конечный результат мономолекулярной фрагментации определяется как энергией диссоциации и энергией колебательного возбуждения , запасенной кластером,его геометрической структурой (особенно для кластеров полупроводниковых материалов),так и соотношением между потенциалами ионизации С электронным сродстйом) обраи/юокхся осколков.

Далее в диссертации приводятся результаты. сравнительных исследований.распадов протекающих вблизи'распыляемой мишени в зоне ускорения масс-спектрометра во временном диапазоне 1(Гв- 10"7с. от момента эмиссии . Фрагментация в этом временном диапазоне проявляется в виде затяжных "хвостов" Спрепикоз) в отрицательной ветви энергетической шкалы энергоспектров вторичных ионов , поэтому по методике,описанной в главе 2,были проведены исследования препиковых областей энергоспектров кластерных •ионов, .распыляемых . при бомбардировке чистых металлов ионами Хе+. На рис.3. приведены призеры таких энергоспектров для кластеров А1" ,

'------------------- ___ Е(эВ) е(зв)

Рис.3 Знергоспектры кластерных ионов А1* — (а) и..А1~ - (б) при распылении алюминия ионами Хе"1" с энергией ЮкзВ .

Сравнительные исследования энергоспектров полгтительных и отрицательных кластерных ионов при распылении чистых поверхностей

ионами Хе показали идентичность процессов фрагментации этих ионов во временных диапазонах 10"" - 10"4с и 10"" - 10"7с . Высота и наклон "хвостов" распределения характеризует интенсивность и скорость Происходящих процессов фрагментации , которые , в свою очередь,определяются степенью колебательного возбуждения частиц и их! энергетической устойчивостью.

' Учитывая коррелляцию между формой "препиковых" участков энергоспектров и характером мономолекулярной фрагментации в бесполевых зонах масс-спектрометра .путем измерения количества ионов в "препиках" были восстановлены масс-спектры осколочных ионов , образующихся в зоне ускорения. При этом принималось в расчет,то что интенсивность осколочных ионов на "хвостах" энергораспределений есть сумма вкладов различных реакций фрагментации с образованием осколочных ионов данного типа . Поэтому получаемые таким способом масс-спектры можно считать интегральной характеристикой образования осколков во временном диапазоне 10"8 + 10~7с. Примеры- массовых распределений осколочных ионов , образующихся в зоне ускорения масс-спектрометра при распылении Си и А1 ионами Хе*, приведены на рис. 4 . Для сопоставления на этих же рисунках представлены обычные масс-спектры ВИЗ , соответствующие потоку вторичных ионов образовавшихся во временном диапазоне < 10"вс , которые , в отличие от осколочных ионов не имеют дифицита кинетической энергии , так называемые "стабильные" ионы .

Из представленных масс-спектров следует , что во временном диапазоне 10"8 - 10"7с от момента эмиссии вторичных частиц происходит интенсивное образование осколочных ионов . Во всех рассмотренных случаях , за исключением А1* п £ 7, имела место коррелляция между видом масс-спектров "стабильных" и осколочных ионов , что позволило сделать вывод о том , что вторичные ионы , являющиеся стабильными во временном окне , характерном для регистрации масс-спектров ВИМС,по природе своей также могут быть осколочного происхождения .

Для сравнения процессов мономолекулярной фрагментации положительных и отрицательных кластерных ионов во временном диапазоне . 10"в - 10"7с. была введена величина эффективности образования оскочных ионов в общем потоке частиц данного типа :

+ ' „СМ*)

0 = -тНЯ*—2-Т-— • 100% С 5}

/__СМ-3 + / „СМ")

СТ п оск п

I (ими/г)

10 п 10 7 10 " 10 я 10 < 10 9 10 5 10 I

1 (ими / с) 10 V V

10 "

10 7 10 е ю 6 10 4 10 я 10 2 10 (

Хе---А1

V

• - А1\ Ю

о - ЛГп

<к «

, ч Л»

V,

/• ъ «V • *

—С • '

1» Й >

\>

. 1 .__1___,1. . 1_1-_)__-ии__I-1-¡-.'Л—1-1-

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 2! 23 25

п.

Рис.4 Масс-спектры "стабильных"..и осколочных ионов , образующихся, в зоне ускорения, масс-спектрометра при распылении меди - (а) и алюминия -Сб) ионами Хе+ с энергией ЮкэВ .

-- - "стабильные" ионы ;

------ _ осколочные ионы .

- 19 -

. " + +

где - полное ,чис..о ооколочних иснов М~ , образующихся в

зоне ускорения ; /стСН*)- число "стабильных" ионов , регистрируемых в спектре ВИМС . Зависимость В(М~)=/(п) является очень наглядной характеристике;! процесса образования осколочных ионов во ьременнои окне 1(Г8.Л0*1'с>позволяющеа проводить сравнительное изучение процессов мономолекулярчой фрагментации положительных и отрицательных кластерных ионов,а также сопоставление масс-спектров осколочных ионов , получаемых в различных условиях распыления материалов .

• Используя этот параметр , были проведены исследования эффективности образования гомоядерных осколочных ионов в зоне ускорения при использовании различного сорта первичных нонов САг*, и Сз+) з сравнении с распылением ионами Хе* , Было установлено , что в пределах точности измерений чнтенсивности осколочных ионов вероятность фрагментации Р(М~) гсмоядерных кластеров в бесполевых зонах не зависит от сорта первичных'ионов . В зоне же ускорения исследования влияния масса первичных ионов на эффективность образования осколков показали , что для гомоядерных материнских кластерных ионов , лретерлеваганх распады во временном диапазона 10"9 + 10"вс от ыоьента эмиссии , энергия колебательного возбуждения слабо зависит от массы бомозрдирукцих частиц . При этом среднее число колебательно возбужденных кластерных ионов с ростом масса бомбардирующих частиц в расчете на один падающий ион возрастает .

Для выяснения роли процессов фрагментации в формировании массового распределения вторичных ионов при распылении металлов ионами (Г были выполнены исследования реакций фрагментации гомоядерных кластерных ионов Н О" в первой бесполевой зоне прибора . Проведенные эксперименты показали,что существует прямая взаимосвязь между стабильностью гегероядерных ионов,их распространенность» в масс-спектре :< направленностью реакций фрагментации. Было установлено,что,$ак и в случае гомоядерных кластерных ионов , для гетероядерных частиц тахгэ существуют преимущественные каналы фрагментации. В табл. 1 приедены наиболее характерные реакции фрагментации , зарегистрированные для исследованных потоков Мп0~ и нмеюние наиболее высокую вероятность протекания .

11з таблицы видно , что имдет место стремление фрагментируюиих частиц МО" к. образованию определенного типа осколочных ионов : О бразованио двух- или трехатомных нейтральных гомоядерных осколков тчпа Ш,М0 а И 0 ; <-Ш образование атомарных ионов М* и 0" .

+ -

А1 А1 0' А1* + А1 0_;п < 3 п т • п-» Ш А1 0* —» А1 0* + А10 п т п-1 т-1 А1 0" -4 0' ч А1 0т ;п<3 п т п т-1 • А1 0" —> А1 о: + 0 п т п т-1

.$1 81 0+ —»Б! 0+ + БШ п т п-1 т-1 Б! 0* •—♦ + Б1 0 ;п< 3 п т п-1 т • 0* —О'+Б! п т п-1 т 0" —ч 21 0" + БЮ п т п-1 т-1 31 0- —» £1 0" + БШ* п т п-1 т-г 21 0" —» 0" + 0 -п £ В п Г. 1> п-1

Си Си 0* —» Си 0* + СиО п т п-1 т-1 Си 0+ —к Си 0* + Си 0 п т п-а т- г Си 0* —»-Си 0* 4 0 п т п т-1 Си 0+ —► Си4 + Си 0 ;п <2 п т п-1 т Си 0" —>0' + Си 0 ; п й 2 п т Л ы-1 Си 0" —► Си 0Г +0 П 1Г, п М-1 Си 0" —► Си 0" <- СиО п Г. п- 1 61-1 Си 0" —► Си" +■ Си 0 п т п-1 т

Изучение знергоспектов гомоядерных и гетеро«оркпх кластерных ионов и Мп0~) показало , что процессы фрагментации клас-

терных .ионов в зоне ускорения прибора протекают о высокой вероятность» к дают большой вклад в поток вторичных ионов . Б исследованных знергоспектрах атоцарпьк ионов К* и 0" регистрировались очень интенсивные "хвосты" в отрицательной ветвк энергетической шкалы . Сравнение этих распределений с аналогичными для распыления ионами "Хо* дало основание полагать , что в образовании прспиксвой области" энерюспекгров атомарных ионов К* и 0" существенную роль может играть фрагментация как нейтраяышх. молекул с образованием ионных пар,так и зарясегшмх молекул исходного и осколочного происхоядения. Например :

(М 0+) —> М* + (М„ 0°)

4 п т* • 4 П-» И.

, К% (К 0-) *

/ 4 п-г т'

■ _»оч (М О*

* / 4 « т-1 >

см о0); «

" м4 + (М 0")

- у п-1 т'

(Н 0-) —► 0" + (М О )

4 п а' , ■4 п вы '

\ -» 0'+ (Н '0+ ) -»4 г.-1 т. I '

♦ ЙЧ (М (Р )

4 п-1 т-» '

\ _♦-<)-.+(М 0° ) --♦•

v п-1 т-1'

_ 0-+ (И (Г ) ->•

/ 4 п т-г'

\ *

4 -» + (Н 0" ) -44 п-1 т-1*

В конце четвертой Главы приводЛ-ся результаты исследований мснонолекулярной фрагментации цеэийсодержащих гетероядерных кластерных ионов . Для -гетероядерных кластеров MnCs~ была установлена очень высокая избирательность в выборе направления фрагментации . В исследованных реакциях положительных и отрицательных гетероядерных кластеров всегда наблюдалось только два осколка Cs* и Cs° , соответственно :

М Cs* Cs* + М Cs° (7)

n m ri m

M Cs" M Cs" tCs° (8)

П Irl П m - 1

Наличие таких распадов было обнаружено не только в бе-толевых зонах масс-спектрометра,но и в непосредственной близости от поверхности образца - в зоне ускорения - по характерным "хвостам" в энергораспределениях атомарных ионов Cs* и изменению характера поведения препиковой области распределений гомоядерных кластерных ионов hT при переходе от распыления ионами Хе* к распылению ионам Cs' .

Для типичных условий проводимых нами экспериментов , как показали проведенные оценки , поверхностная концентрация имплантированных атомов Cs может' достигать 10+50% . Исходя из того, что эмиссия кластеров протекает путем одновременного выбивания атомов металла , являющихся ближайшими соседями в кристаляичесой решетке , было предположено', что в таких условиях гетероядерные кластеры, М Cs° будут преобладающим типом распыляемых частиц . Рождаемые с высокой степенью колебательного возбуждения , такие частицы далее распадаются с образованием ионных nap.Cs* и MnCs~ ( Учитывая строгую направленность реакций фрагментации.было предположено также , что аномально высокий выход отрицательно заряженных кластеров в масс-спектрах распыления иенами Cs* является следствием цепочки последовательных реакций распада как заряженных гетероядерных кластеров , так и-нейтральных частиц с образованней ионных пар .-

-»СМ Cs*) —» Cs" +(М 0V )

v л m' s ri. m- t

I-» Cs* 4(MCs- ) —►...... —» M'

♦ * m-г' n

-<M Cs°) —► Cs* t(M Cs" )

vn П! s П. tri- f '

Cs° 4M Cs" ) —

v n ш-г'

+(M Cs") —► Cs° +(M Cs" )

4 П ff/ 4 П. r.'i- l '

Cs° KM Cs" )

Вгга'оды и основные результаты работы. •

1. Осуществлена модернизация вторично-ионного микроанализатора , разработанного в Институте электроники АН РУз;разработано его методическое и програг>ашое обеспечение для проведения сравни-

• тельных исследований массовых и энергетических спектров ионной . составлянщей. продуктов распыления кэталлзв первичными ионами .Хе'.О* к Сз* средник энергий , а такке регистрации осколочных ионов - продуктов фрагментации кластеров.

2. В идентичных экспериментальных условиях проведены коатлэксъые ' сравнительны? исследования / процесса ионной зкпссг; г.рк

распылении С,А1,81,У и Си различного сорта верлгаммй невзхя . С Хе^С/и С5+) . Зарегистрированы аасс - спэктрн яолокктсяьно и отрицательно заряженных продуктов распыления этих материалов „• вклочая гомоядер.ные и гетероядерныр кластерные ио;ы с -наличием характерных особенностей- типа анокзяий в интенсивности .выхода отдельных групп частиц к ое&яппяруш'м поведением распределений интенсивности' аииссай частиц -с? их размера .

' 3. Из зкеперкментев- опредаяены • оиеченйя, интегргяьиах коэффициентов Б®,характеркзув!.^;х а^ективность генерации поиогжгбпьао »• отрицательно зарякейных частиц. гошядориых л пятеро* деяния кластерных конов,

. 4. При распылзник графита• яокамэс 'Сз* -теш*» оЗкгружэкг ш;г<?Р* - ейвйая -зкиссия пояоилшыЫ;: к стг/.:цателй1пг* ■ иезийсс£орг.;:г:1: гетероядартй кластер»- С С&* . £<-;*.пмоасгекьвья '

кластеров набяздайггь ^.йУуссстсекясй вже^вй ^хорпвооде.о&дяс частиц С Сг*. с числом' етомоз углерод .п 5 33 / г для отрицательно -наряженных - эишсси» кп&е-героь- С .с п£21, Предположено,что образованно ташх крутая: »элск^х^.'вро'иойодкг щтои - . распыление фрагмента ре'йевш'граф----.--- , да&кдай'сйовстук/ струк-- - - ---- туру й в'ысокув концентрация йтоксб Сг; и'мексло?.гж провесуткьх.

б. ■ Сравнительные ' исследования мор««адеКуяярноП ^рагкактацяа положительных 15 отшшательнда гоаоядервюс кластерных конов _ показали.,- -что характер раапэдда С '. какбаяее вероятные каналы и продукты реакций ) »о многих . случагзг -подобии При этом , регистрируемые масс-спектры' отражает определенную

эволюции исходного ра"лределения змиттируемых частиц с момента их рождений дс момента регистрации. Наиболее устойчивые образования менее подвержены мономолекулярной фрагментации и проявляются в масс-спектрах как более интенсивные пики.

8. При распылении алюминия ионами Хе* обнаружена фрагментация 1 гаюядерных кластерных попов А1*(п=3+24)с образованием положительно заряженного атомарного осколка А1+ . Ьсследоция процесса мономолекулярной фрагментации кластерных. ионов А1* показали,что в выборе диссоциирующей системой наиболее вероятного канала распада определяющую роль • играет как стабильность образующихся осколков , так и соотношение мегду потенциалами ионизации С электронным сродством ) материнского кластера и образующегося осколка .

7. Исследования влияния массы первичных ионов на вероятность мономолекулярной фрагментации показали,что для гомоядерных материнских кластерных ионов,претерпевающих распады во временном диапазоне 10"® + 10~7с от момента эмиссии среднее число колебательно возбужденных кластерных ионов с ростом массы сомбардируюаих частиц в расчете на один падающий ион,возрастает

8. Исследования мономолекулярной фрагментации гетероядерных кластерных конов окислов металлов Мп0" во временном диапазоне 10"® 1(Г4с позволило установить каналы фрагментации с образованием различного типа осколочных ионов и корреляцию между распространенностью кластеров в масс-спектрах и их распадами. Показано,что ьклад процессов фрагментации распыляемых окислов металлов в образование атомарных положительных ионов может быть значительным,' что подтверждает высказанный ранее механизм ионной эмиссии за счет разрыва связей в эмиттируемой молекуле с образованием ионных пар .

Э. Во временном диапазоне 10"в + 10~4с обнаружена строгая

избирательность протекавших процессов мономолекулярной фрагментации гетероядерных кластерных ионов М^Сб" с образованием осколков С5° и Сб*. Высказано предположение,что интенсивное образование колебательно возбужденных гетероядерных кластеров

MnCsra как нейтральных , так и заряженных и их последующая интенсивная фрагментаця приводит к значительному уменьшению вероятности появления в масс-спектрах положительно •заряженных гомоядерных кластеров М* и аномально высокому выходу отрицательно заряженных гомоядерных кластеров ff .

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах ■•

1. Джемилев Н. X., Беккерман А. Д., Ротштейн В.М., Цай Ю. М. Вторично-ионный микроанализатор с двойной фокусировкой // 1ТГЭ - 1990 - N3 с. 145 - 148 .

2. Беккерман А. Д. , Джемилев И. X. , Ротштейн ö. М., Цай Ю. М, Ионный микроанализатор//Авт. свидетельство N 1520414 Бюл. N40 , 07.1,89.

3. Джемилев Н. X., Беккерман А. Д., Ротштейн В.М.,. Цай Ю. М. Ионный микрозонд // Препринт СКТБ ГО АН РУз , Информационное сообщение N493 , Ташкент , "ФАН" , - 1991 - с. 1 - 18 .

4. Балыченко А, А. .Беккерман А. Д., Джемилев И. X., Ротштейн D.M. Ионный микроанализатор // Электронная промышленность

- 1990 - Ш - с.25 - 23 .

5. Bekkerraan A.D., Dzhemílev ÍÍ.Xh., Roístein V.M. , Tugushev V.l. Study of cluster formation during . sputtering of carbon pol/modification // XI Intern. Conf on Secondary Ion Mass.

Spectronaetry . Abstracts , France , 1987 , p. 142 .

6. Беккерман А.Д. .Джемилев H,X,Ротштейн В.М, Фрагментация к:етаста-бильиых ионов Si 0~ в процессе ВИЗ // X Всес. Копф. по Юзаимо-

Г\ IU

действию ионов с поверхностью,Москва , 1991 . том.1 . о.203-205

7. Беккёрман А. Д. .Джемилев Н.X,Ротштейн В. М.. Эмиссия крупных гете-роядерных кластерных ионов при распылении графита конами цезия // Письма в ЖТФ 1ЭЭЗ . т. 19 '. вып. 6 стр. 52 - 58 .

. . - Vi26 - р. 433 - 403 . ..

8. Беккерман А. Д. .Джемилев Н, X,Ротштейн В. М. Фрагментация кластеро! Si* (п=2Л2) в процессе вторичной ионной эмиссия // IX Всес. Конф. по Взаимодействию ионов с поверхностью,Москва , 1939 . том 1 . часть 2 стр.251-253 .

9. "Беккерман А. Д. .Дхемилеь Н.Х.Ротштейн В. М. Образование и фрагментации* кластеров А1~ и Si~ распыленных при бомбардировке ионами Хе и Cs // XXI Всесосзная Копф. по Эмиссионной электро-иик0 , Ленинград , - 1990 - т. с. 192

10, Беккерман А.Д. .Джекилев Н.Х.Ротштейн В.И. Фрагментация кластеров Si* Сп=2+12) в процессе ВИЗ // Изв. АН СССР сер.физ.

- 1990 т. 64 - N7 - с. 1339 - 1342 .

И. Беккерман А.Д. .Джемилев Н.Х.Ротштейн 8.М. Мономолекулярные распады кластеров А1Чг.<25) и Si*Cn<12) , распыляемых ионной бомбардировкой// Письма в ЖТФ - 1990 - т. 16 - вып. 6 -С.Й2-68

V -

12. Bekkerman A.D., Dzhemilev Н; Kh., Rotstein V.M. Study of Al* unimolecular decays in' secondary, ion emission // VI Intern. Conf. Quantitative Surf. Analysis , abstracts , - 1990 - ,p.32

13. Bekkerman A. D. , Dzhemilev N. Kh., Rotstein V.M. Ion microprobe for studying cluster ion decay reactions // Surf, and Interf. AnaIasis - 1990 - V.15 - N10 - p.587 - 591 .

14. Беккерман А-Д- ,Джемилев Н.Х.Ротштейн В.M. .Савченко Н.С. Влияние массы первичных ионов на вероятность фрагментации распыляемых молекул // IX Всес. Конф. по Взаимодействию тионов с поверхностью, Москва » - 1993 - том 1 - часть 2 - с. 251-253.

15. Bekkerman A. D., Dzhemilev N. Kh., Rotstein V. М. .Savchenco N. S. Investigation of generation and fragmentation geteronuclear cluster ions under the Cs* ions sputtfring of metals // IX Intern. Conf., on Secondary Ion Mass Spectrometry Abstracts nov. 7-12 Japan - 1933 -

- ?& -

ЯРШ 5ТКАЗГЙЧ ВА МЕТЛЛЛАРНИНГ Xet О*, Cs+ ИОНЛАРЙ БИЛАН -ЧАНГЛАТКДИШИДА МАНФИИ ВА МУСБАТ ЗАРЯДЛАНГАН ГОМО- ВА ГЕТЕРОЯДРОЛИ ШСТЕРЛАРНИНГ ДОСИЛ БУЛШИ ВА ПАРЧАЛАШ1ШИНИ ТАОДОСЛАМА ТАДЖИК, ЩИШ .

Беккерман А. Д.

Кискачй мазмуни

Ишда С, Al, Si, ва Си нишспларшш бирламчи Xet О*, Cs' ионлари билан чанглатиш махсулотларшшнг манфий за мусбат эарядлэнган ташкия гтувчилари масс-спектрал таркибини таедослагла тадхт<:: вдзлиш катижалари келтирилган, Металларни Хе! ва Cs+ йонларн чанглагиш учун характерли булган иккиламчи ионлар эмлссияси умумий ^онуниятлари курий чигунгган. Металларни Хе* ионлари билан чанглатиадан 0* na Csf ионлари билан чанглатишга J-гилганда чакгланган заррачалар умумкй окимида зарядланган мояегулалар у^иссаси ошиши, шунингдек иккиламчи манфий ва мусбат ионлар змиссияси чикишларз;. баробарлашуви курсатилган.

Тоза металл сьртлардан4 Хз*ионлзри билан чаиглатилган манфий ва мусбат эарядлалган гомоядроли кластерларнинг парчаяаниш (фрагмент-jíCH"j)} реакиияларяки солиштириб fprmim латижалари келтирилган. :>.рим уткг.эггм матеркаллгри Si~ ва клаотерлари учун парчалаиии пайтяда улкан фрагмеитлар цосия 'кдалишга ияткляш хусусилти курсатилган. А1*кластерлари учун А1+атомар ионлари хреил цилиб мономолскуляр парчаланки лодисаси бирппчи булиб топилгаа.

Сиртларни 0* ионлари билан чанглатиш. opfiim ^'тказилгаг, тажрибалар шуни к^рсатдики, атоыар иснлзр М' ва 0' энергоспэктрпарп "ч^к^йолди" сох,асининг здосил булпашда нс-йтрал молекуляршшг ■ ноя ауфтлари хосил килиб парчаланишв кабп ибтидопй ва булахланишдаг. келий чшдон зарядлаяган ыолекулакар парчалашши' хам цуфш рол уйнаши мумкин.

Вацтнинг 10'°- 10"4с .ораляпгда -таркибида цезий б/лглг; гетероядроли кластер ионларининг пзрчаланиш реакцияси ургаиилган. Бу кластерларшшг Cs° ва Сз+б/лакчалари хрскл в^либ парчаланиш? реакциясйнинг 1$атъкй йуналтирилганлиги уркатилган. Cs* нонларг билан чанглатиш масс-спектрларида кэнфвй зарядлакган кластерларпиш нотабгшй чициза, оарядланггк гетеролдролн кластерлар билан бщ каторда нейтрал заррачаларнинг ион ¡куфти здрсия ;у:лпб парчалаикш! рзакциялари занжири натитаси эканлигк тахшш г^ьчинади.

- Zi -

COMPARATIVE INVESTIGATION OF GENERATION AND FRAGMElfTATION OF NEGATIVELY AND POSITIVELY CHARGED HOMO- AND HETERONUCLEAR CLUSTERS UNDER Xe+, 0* AND Cs+ IONS SPUTTERING OF C,Al,Si,V and Cu.

A. D. Bekkerman SUMMARY

The results of comparative investigations of mass-spectral , • composition of positively and negatively charged components of C, Al.Si, V and Cu sputtering by Xe+, . 0* and Cs+ primary ions arr given. General patterns of secondary ions emission,- which are characteristic for sputtering of metals by Xs\ 0* and Cs+ ions have been considered. It has been shown, that in going from metals sputtering by Xe+ ions to that by 0* or- Cs+ the pirt. of charged molecules in general flux of sputtered particles increases and emission yields of positive and negative secondary ions are equalized.

The results of comparative study of fragmentation reactions of positively and negatively charged homonuclear clusters sputtertxs frcm pure metals surfac.es by Xe* ions are given, It lias been shown, that uni-nolecular fragmentation of cluster icns is the general phenomenon for SIE, as the fragmentations are observed both for positive, and for rigative cluster ions, sputtered fron; metals and semiconductors. For Si" and C~ semiconductor materials clusters.

n n

the tendency to large fragments generation character.

Uniraolecular fragmentations of Al* clusters with Al'atomic ion;; generation have been found for the first time.

Experiments with surface sputtering by 0* have shown, that in formation of prepeak range of energy spectra of M* and 0' the important role can play the fragmentation of neutfaJ hetaronuclear molecules with ion pairs generation and .charged molecules.

Fragmentation reactions of cesiumcontaining heteronuclear cluster ions have boer. studied in the time range of . 10~8 * 10"*s.The strict direction of fragmentation reactions of such clusters with Cs° and Cs* fragments ger^raton has been established. The suggestion has been made that the anomalously high yield of negatively charged clusters in mass-spectra of sputtering by Cs* ions is the consequence of chain of consistient fragmentation reactions of both charged heteronucklear clusters, and neutral particles with ion pairs generation.