Упругое и неупругое распыление и эрозия поверхности неметаллов при бомбардировке электронами и многозарядными ионами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

0г АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН П О ИН@$1ТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ им. У. А. АРИФОВА

1 На правах рукописи

АХМАДЖОНОВА Манзурахон Холдаровна

УДК 537.534.8

1РУГОЕ И НЕУПРУГОЕ РАСПЫЛЕНИЕ И ЭРОЗИЯ ПОВЕРХНОСТИ НЕМЕТАЛЛОВ ПРИ БОМБАРДИРОВКЕ ЭЛЕКТРОНАМИ И МНОГОЗАРЯДНЫМИ ИОНАМИ

01.04.04 — Физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ТАШКЕНТ — 1994

Работа выполнена в Институте Электроники им. У. А! Ар1 ва Академии Наук Республики Узбекистан.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук АТАБАЕВ Б. Г.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук МАШКОВА Е. С., кандидат физико-математических наук МОРОЗОВ С. Н.

Ведущая организация — Научно-исследователы институт прикладной физики ТашГУ.

Защита состоится 1994 г. в час

заседании специализированного Совета Д.015.23.21 в Инсти

электроники им. У. А. Арифова АН РУз по адресу: 700143, 1 кент, ГСП, Академгородок. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Инсти электроники им. У. А. Арифова АН РУз.

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета доктор физико-математических наук

V м

ИЛЬЯСОВ

'ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ,

Актуальность работы. Эрозия поверхности твердого тела : вследствие распыления практически наблюдается при все? видах 'радиационного воздействия: электронном, ионном и фотонном облучении.-

.В зависимости от механизма протекания процесса различают столкновительное распыление, распыление вследствие электронных' процессов (электронное распыление) и химическое - распыление. Основное внимание в данной работе уделено неуругсму распылению, при котором энергия бомбардирующих частиц идет на- возбуждение электронной подсистемы твердых .тел Ш.

Неупругое распыление характерно для . непроводящих материалов и является малоизученным. . • .

В ' последнее время пучки медленных • .электронов . и тогозарядных ионов используются для исследования неупругих •фоцессов распыления при бомбардировке непроводящих материалов. В эбоих случаях их энергии,потенциальная и кинетическая, 'передается * электронную подсистему. Предложенные модели распыления в случае ¿ногозарядных ионов С2,31 описывают в основном испускание частиц з ионизованном состояний с материалов с ионным и ковалентным типом связи. Как правила они включают ' стадии образования юлою!телыюй гшкрообласти падагщши кногозарядныш ионами ' р юзультате внутриатомного или межатомного оже-процесса,за которкм :ледует эмиссия некомпенсированных ионов под действие« сал )тталкиаания. ' Схожие процессы рассматриваются в . моделях, шснвзюашх десорбцию атомов с поверхности окислов и галбгенидоп, •„елочннх металлов под действием электронного удара {■!}..

Эксперимент» по распылению неметаллов . кногозарядными шахи неююгочксяениы к ограничены измерением сбаего внхола осннленных частиц в заряттсм состоянии. • Для выяснения

механизма распыления за счет неупругих процессов необходимы сведения по массовому и зарядовому составу' распыляемых частиц. Несмотря на то, что первое наблюдение ыасс-спектров вторичных положительных ионов из щелочно-галоидпых кристаллов под действием электронного пучка било выполнено более чем 10 лет •¿'ому назад, до сих пор механизм десорбции положительных .ионов остается спорный. С другой стороны по выходу вторичных ионов под действием электронов и многозаряднкх ионов можно определить эффективность формирования возбужденной и ионизированной области решетки.

Исследование взаимодействия многозарядных * ионов с веществом имеет практическое значение в связи с проблемой управляемого термоядерного синтеза "нз-аа наличия в' плазме примесей в виде шюгозарядкых ионов, а также для ускорительной техники- при регистрации пучков миогозарядных ионов и. определения радиационной стойкости поверхностей, облучаемых ' шюгозарядньш ионами высоких анергий, в ток числе осгсолкама деления ядер.

• Интерес к аяеатронно-стшдупироааииой десорбции связан с ■ • воамокностьи использования ■ зтоуо явления для решения задач управляемого внедрения дефектов и локального' изменения физика-химических свойств поверхности, Анализ иехашпша электронно' -стимулированной десорбции также позволяет гпубго понять природу . радиационной стойкости соединений.

• Цель работу. Целъа настоящей ■ работы являлся масс-спектроиетринеский анализ '. полозггельыо .. распыленных и

десорбировакнюс частиц, злектрошю-микроскопичеокое исследование

(

эрозии поверхности ионных кристаллов при бомбардировке электронами и многозарядными ионами для выяснения изхакизыов десорбции, упругого и наупругого распыления.

Научная новизна работ заключается в слэдусцем-. -разработаке и создана сьерхвыгоковакуумная камора . с

- 5 -

:асс-спектроиотрсм ■ МХ-7304 для комплексного йсслед?взнад

родуктов десорбции и распыления, эрозии поверхности ионных

ристаллов под действием медленных электронов и многозарядных

OHOB;

-исследована эрозия поверхности- неметаллов от краткости зряда Z и кинетической энергии ионов Е .Показано, что частицы валяются яри неупругих процессах в случае бомбардировкк ¡дленными иногозар'ядными ионами с поверхностных слоев;

• -впервые обнаружен повышенный выход как катионов так и :иоиов с ростом заряда иона; .

-впервые исследована эмиссия молекулярных ионов под йствием медленных многозарядных ионов. Выявлено, что их выход або зависит от кратности заряда и кинетической энергии £о;

-впер.вые исследованы энергетические зависимости выхода пекулярных ионов при злектронно-стимулирдвашгай десорбции с зерхности' ионных кр1!сталлов. Установлено, ■ что форма гргетических зависимостей десорбции атомарных и молекулярных !ов схожи. Кроме того,значения как пороговых - энергий так и ¡ргий, соответствующих максимальному выходу для всех ионов '.зки; - '

. -обнаружено, что при злектронио-стимулированпоЯ десорбции лсдавтся выходы двухзарядных катионов и анионов; _

-впервые проведены эксперименты по сравнений десорбции 1 тиц под действием медленных электронов и многозарядных hqhob s эй экспериментальной установке.

Научная и практическая ценность работы. Полученные в ' эте новые результаты представляет интерес для физики фхностных . явлений и взаимодействия атомных частиц с фяностьп твердого тела и способствуют построению [ецователькой ■ теории десорбции и распыления с поверхности

• - G -

твердых- тел, стимулированной электронными переходами ДСЭП. » • • «

Интерес к исследованиям подойник процессов объясняется не только чисто научными соображениями, но и их практическое значимости, поскольку интенсивность протекания 1 ДСЭ1 характеризует радиационную стойкость объектов.

Результаты проведенных нами - -масе-спектрометряческатч исследований распыления и структурных нарушений свидетельствует < возможности неупругого распадения ношпл: кристаллов n?.' eis: потвикиапытой .энергии Адабардиругг/яс гпег.. Ввиду уьк;4;пги:« выхода понов и значительной орооич поверхности диалеЪтрикоь пр\ больших зарядах, это явление необходимо' учитывать npi •взаимодействии высокотемпературной " nraoiiu, езжг« многояаряяю® иоки, с материала«:: "rrpnsft стс-шш" , а га:».« прогнозировании радпационко-етойкшг r-эпесть до* реокюрнэю 1 космического материаловедения.

Выявление закономерностей • orsr.tpciffio-cmy/uipqpiiuaot десорбции г>ау.ии _ для определения ратгзщтолней отобздзп ' материалов, стимуляции процессов зейдевезшз зкитлкскашл^ пленок, химического состава повер:<г;г-"тп и адсорбвраыиш-::£ jui;iu: я модификации свойств шогокешонешr.iг<: катериакоь в результат нарушения стехиоые.трки поверхностного сдоя крк алситроаноь распилении.

На заэдту выносятся следуйте полояения:

1. Разработка методики - и создание еверхвысоковакуушой экспериментальной цасс-спек'трометряческой установки с источников ¡шогезарядных • ионов ¡г электронов для исследования продуктов распадения и десорбции . ионных- кристаллов, 'с последуиады сяалнзом состава поьархнсс?». ■

2. Экспериментальное доказательство неваамопюсти распадения ПгёрАотздь&их иеталгатесках материалов.- за .рчетt электронный

_ 7 - -' ■, -

те'ссов при бомбардировке ионами различной кратности заряда."

Экспериментальное обнаружение для ионных кристаллов ■ышенного выхода атомарных ионов обеих компонент мишеней с том. заряда иона. Для молекулярных ионов наблюдается осит.ельно слабая зависимость их выхода от кратности заряда Z.

4.Результаты электронно-микроскопических исследований уктурных изменений, поверхности кристаллов аелочно-галоидных диненкй при 'бомбардировке медленными и . быстрыми одно- и гозарядными нонами.

5.Результаты масс-спектрометрического анализа продуктов эрбции поверхности ионных кристаллов при бомбардировке тенными электронами в зависимости от энергии, плотности тока и юратуры образцов.

, Апробация работы. Результаты диссертационной работы гадывались и- обсуждались на научных семинарах Института тропики Академии Наук Республики Узбекистан, а также на ущих Международных, Всесовзных и Республиканских семинарах и ерсицияк-. . ■ •

и XXI Всесоюзные конференции по эмиссионной Электронике С Киев • ;■ Ленинград 1030) > • .. ■

соязное совещанио-семинар молодых ученых С Донецк, ' 1688; г.а, 1930) ' ' ' "

зоозйый екмяозиук, посвя'деииый памяти акакекага Академий Наук систпиа У. А. АриФова "Взаимодействие ата".и&: . частиц с шгость» твердого тела" С Ташкент .1933) хяетпая кси^сррлцпл "Пояерхпость- ЙЗ" СЧсрпоголояк-'ь 15Э0) Йесссвэдт хсяферетиь? "Взаагголелстпио ато?с«к чрсггл с .. вч» тело?'." CHocr.ua, я X, 3»! Всоссзэнио ко:Иуггшг/к

тодсйстпи" («оиоь с пс~с]:.\-носп-й" (Зьснигсрод, ; Чсск-а,

- В -

1993h . ' '

-Республиканская • конференция молодых - ученых-физиков ВУЗов СТашкент,1988). .

-Конференция молодых ученых и специалистов "Научные основы и конструирование приборов для научных исследования и 'автоматизации эксперимента" (Ташкент, 1989).

-Международные конференции "1991 Fall Meeting of the Materials

Research Society. " (USA,Boston, December, 1991)

-4-th European Conference Analisis "ECASIA-91" С Hungary,Budapest,

0ctcuber,lS91)

-Международная конференция "Ion beam Modification of Materials IBMM-32" (Germany, Heidelberg, 1992) - '

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 печатных работ. ' ' , ■ ' . ■

Структура диссертации. Диссертация состоит' из введения, четырех глав, заключения-и списка цитируемой литературы. . Общий ■объем диссертации 131 страниц, из них основной текст занимает . 74 .стр. , рисунки, таблицы и фотографии 42 • стр.., список литературы включает 116 наименовании.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ . . '

Во введении обосновывается актуальность выбранной теш _ исследований, ее научное и практическое значение, сформулированы основные положения выносимые , на защиту и показана новизна полученных результатов.

В первой граве дается обзор и анализ' литературы,' посвяценной исследованию распыления и десорбции различного класса твердых 'тел под действием бомбардировки электронами и кшогозаряднс.-мн ионами. Отмечается, чго в .большинстве работ по uac.-.e.iösatUB распыления твердых тел под . деиствиум многозарядных иолов ¡измерялся только о'выход рзспьшмших • частиц в

ионизованном состоянии. Исследования эрозии поверхности .'гордого тела находятся в .начальной стадии • развития.Явление электронно-стимулированной.десорбции ионных кристаллов в гиде положительных ионов в настоящее время изучено недостаточно, а имеющиеся в литературе данные ~ - противоречивы. Указывается актуальность сравнительного экспериментального исследования природы неупруго распыляемых и десорбируемых частиц под действием электронов и многозарядных ионов..В конце главы сформулированы задачи' диссертационной работы.

• Вторая глава посвяаена • описании ' экспериментальной установки и методам исследования продуктов десорбции и распыления ионных кристаллов под действием электронов и многозарядных ионов.

Экспериментальная установка состоит из следующих ■ основных узлов: 1. -Источник МЭИ, в качестве которого использовался модернизированный источник ионов Кира. Многократная ионизация газа достигалась- благодаря созданию потенциальной' ловушки для ионов за счет объемного заряда электронов и магнитного поля. 2. Масс-фильтр Вина. Для сепарации первиного ионного пучка по m/z бш изготовлен масс-фильтр Вина. Основное его достоинство по сравнении с секторными сепараторами - простота," компактность и зысокое пропускание О 0,3-0,4]. Это является важньм эбстоятельством при., работе с пучками МЭИ, поскольку их штенсивность падает с ростом,Z иона. 3. Ионно-оптическая система юзваляла снизить энергию^ ионов каждой зарядности до 100 эВ без ¡уаественной ' потери их интенсивности. 4.Электронная пушка, изготовленная для исследования, электронно-стимулированной ¡есорбции позволяла получать электронный пучок в диапазоне нергий 20-1000 эВ и электронный ток до 100 ркА на мишени. 5. азделение вторичных ионов по массам происходит в гиперболическом лектрическом поле высокой частота Смонопольный масс-фильтр

• - JLÜ -

MX-73C4 ,). 6.Система для исследования' микрорельефа поверхнос

состояла из камер-облучения, < напыления реплик, системы пода

образцов. ' Qdpaoit«,r р.?nro'mc-гчпэидник согднпст'чЯ ъхшкзглкь пер

/

установкой в иснерителькув камеру к прэгр-оааяясь до юшер$\ту; ?50-300°С, что обеспечквяпо удаление с йэмрхвостк" посторопя: веществ. Для SIC нагрев образца при температуре 1000-1200 последующим ионным травлением обеспечивало очищение . поверхнос • - мишеней от загрязнений при вакууме Р 1 10"вТорр. ПреимущестЕо: разработанной наш! методики.' является возможность в одн: эксперименте проводить комплексное изучение десорбции распыления, с последующим электронно- микроскопически: структ^рним анализом поверхностей распыляешх мн'огоэаряднщ ионами. ■ , \

Третья глава посвящена ■•■ иасс-спектрометрическо! исследованию продуктов ■ распыления и эрозии1 поверхнос металлического и ионных кристаллов в .процессе облучения ионами . и Кг с кратностью заряда 'Z=-l-6.

•f 3.1. Приведены, масс-спектры вторичных ионов эниттируеш с мишеней*AI, SIC, LiF'и KCl на примера облучения однозарядны« ионами Аг.

Показано," что спектры содс-'ркат массовые "лншш.относяднес

. к атомарным и многоатомным ( кластерным ) ¡ганам материала шдаеш

При этом выход кластерных ионов оказался на 1-2 порядка иены;

выхода атомарных. Наблюдаются ноны примесей и загрязнет«?

Послед1ше практически исчезают в процессе термической и ' ионнс . ^ 1 обработки поверхности,

В результате исследования было установлено, что вихс

распыленных частиц по разно:,¡у зависит от параметров первпчпэг

иучха ионог, 31 типа .сслучаеч.-их ¡лш?ией.

1!;>05елгпш кс5йедо*апг.я'ov.;:c«ui ионог. гча* АГ, " ¿Г. -Д1С

~ Л ~ ' -' ■

лоя1!кра«гллл(:-!?'^,чсго Д1 в завкск&ст* о- заряда ■ и ,

кбардируоцих ионов Аг п.Кг. Установлено, .что - выход -вторичных

паз не заспсит от оар/аа бомбзрдируыуж ионо»} а определяется

лысо его кинетической знйрпк-З. Полученные данные прдт»ер*даст _

сдртагде'нае • (2,3] о невозможности распыления твердотельных

тэяличисках материалов за счет электронных процессов, поскольку

збукдс-нная область релаксирует за счет электронов проводимости.

В I 3. 2.-приведены результаты исследовании, выхода атомарных X4' п молекулярных ионов М* , Н_ХЧ распыляемых из 1л Р, КС1 и 2 в зависимости ст заряда первичных ионов Агг<и Ка-"' С 2=1-3) в таети оперта Е =0,2-3. кэВ. Установлено, что выход атомарных н "•екузлрних ионов различным образом зависят 'от 2 и Е юардпруст:;: полоз. выход атомарных понев и и л скачкообразно (растает .с. ростом 2 первичных иовоь. Так эмиссия вторичных :оь ц\ К', Зх" под действием Аг3 *и Кг3 + - сказалась в 1,3-2 а болше,. чем-при бомбардировке иенам« Аг '' и' Кг"1 с той ?;е етич?ской энергией. Для -галоидных компонент распыления , о выход ионов возрастает па порядок величины при увеличении яда 2~от ->1 до (-3 и области низкий энергий покои £ . '

Наблыдаемое "различие в выходе аотюв. от с, связывается с ашэмом распыления ' за счет' потенциальной энергии-бардируювшх ненов . и объясняется образованием .однократно • п эды ионкзокашшх-- ионов галоида при нейтрализации МЭИ, что :одит к ослабженп» свяпяй ¡/е»ду поверхностными атомами. В '-итоге ггчается распыление в результате передачи кинетической энергии гтасаим испои. При бомбардировке ионами е г > 3 эффективность шойания дважды иоикзоваиных анионов возрастает, так пак она даггея в прямой зависимости от величины заряда первичного, I. В этом случае дополнительный выход обеих кокпоыоьт будет ¡подливаться. •кулоковскимк силами отталкивания. Слодует"

• - 12. - ••

отметить, что для данной области заряда Сг=1-3) и энергии Ео=0,2-3 кэВ) падающих ионов нейтрализация МЭИ происходит до топ как ионы сталкиваются с поверхностью. Следовательно, в процесс! оу.е-нейтрализации участвуют в основном частицы поверхностное слоя решетки. ■ -

Обнаружено, что в отличии от атомарных, омисси молекулярных ионов слабо зависит' от заряда 2 падающих частиц. Эт< позволяет считать, что эффективность .образования и. выход, многоатомных ионов в основном определяется каскадами упруги: . столкновений. Роль заряда иона в столкновительных- процессах сводится к ионизации только поверхностных атомов, мишени, которьи эмиттируются преимущественно в атомарном состоянии. ,

На основе анализа выходов атомарных и молекулярных, «оно: показано, что многоатомные'ионы испускаются прямо из, поверхности как единое целое, т.е. по механизму прямой эмиссии .

В ^ 3,3, приводятся ' результаты сравнительного лзученп. •микрорельефа поверхности ■ ЩГК, 'развивающегося в процессе;

■ облучения ионами Кг+г КгЕ+.' Показано,- что , образование фигу;

• * '

травления происходит в'результате селективного распыления нес выхода на поверхность заряженных точечных дефектов, их кластере: и дислокаций,; ' •

..При одинаковых дозах и энергии бомбардирующих ионов зффег плоскостного, послойного растравливания поверхностей возрастает < величиной 1 первичных частиц. Анализ фигур травления позволяем считать, что при катах Е и больших 2 ионов, удаление материал;

I

мишени происходит е результате десорбции, -которая стимулируете: потенциальной анергией МЭИ.

В .области больаих Е , развиваемый рельеф на ■ поверхност! диэлектриков в процессе облучения МЭИ обуславливается совместны! ьхкаг.ом в распыление упругих и неуаругих процессов, чтс

- 13 - .•■•..-•

величивает скорость эрозии поверхности.

Четвертая глава , посвящена ■ ■ .. ксскедоьатгп

лектронно-стимулировакнсй десорбции ионов кристаллов торида лития , хлорида калия к карбида кремния.

•В I 4.1. приводятся результаты касс-спектрокетрическсго нализа положительных ионов, десорбированных из LiF, KCl и SiC эд действием электронного пучка. Энергия облучаемых -электронов зменялась от 20 до 1000 эВ, а плотность тока в интервале от 0,1 з 10 мкА/смг. Обнаружено, что ыасс-спектры содержат ряд ¡алогичных массовых линий, -которые наблюдаются при ионной змбардировке. В спекрах ЭСД самыми интенсивными являются . также ikh одноатомных однозарядных катионов мишени (М+). Интенсивность жа двухкратно ионизованных анионов мишени СХ+) в отличие от MC имеет такой же порядок величины как М+. Кроме того при ЭСД в юс-спектрах наблюдается пики типа. МХ+, М^, X* и СМ^Х^ ()+. :тановлено, что интенсивность димеров - М* и молекулярных

!Х)+, С МпХп1 Э+ ионов не сильно различается от ыоноатомных слоев к 'следовало в спектрах ВИМС. При высоких температурах * 50-400)°С состав спектра ЭСД ЩГК обогащается появлением -двух и ехзарядных атомарных ионов Типа М++,Х++,ХЧ"''+. " '

В i 4.2. излагаются- результаты исследований десорбции нов в зависимости . .от энергии, плотности тока . электронов ;с мпературы образцов, проводимых, с целью получения информации о ханизме электронно-стимулированной десорбции положительных нов. В настоящее время существуют два ■ механизма десорбции ггожительных- ионов под действием бомбардировки электронам!, ионы могут десорбироваться прямо с поверхности в готовой виде механизму Кнотека-Фейбельмана [33.

частицы десорбированкые а нейтральном состоянии мог/т шзироваться пёранчными или вторичными электронами [63.

По'газзко, "что при о<5яуч.->шго Li!-', 'KCL и S'iC найаяпьетг - );;'.Hoi«»!rtt- ро->т внходз кик атомарных M*. X+ тAv. и цоягкулр.ряьте Ч' V X* jfCKöß от плошает» тока ,<5ом!5а,рдг<руг.»лч олеитро.чов' • диапазон©-от- 0,1 до 10 ¡тА/си", • которой подтверждает мехаиаг прямой. десорбции покоягтеяыпп: коков с поворкияспг исслйдут образцов.

Исследованиям!' зависимости интенсивности деоор<5ироаант ионов от анергии бомбардирующих электронов .установлено, чг характер энергетических зависимостей атомарных и мопекулярш попов схожп. kdomg того, значения пороговых эн'епгиЯ Е- и онег.л

1 о

соответствующих максимальному выходу Ео для всех ионов весы близки. Анализ полученных результатов указывает, ' что поро ( появления атомарных и молекулярных исигов Ofc 60 оВ для L1F и 35 : • для KCL 3 обуславливается ионизацией внутреннего уровня катио С IS Li, 3S Ю. Энергии, . соответствующие -максимальному выхо ионов С 240 эВ для LiР ic % 144 эВ для KCL ) также указывают ' то, что процесс ЭСД 'связан с • ионизацией остовных уровн •катионов, так как положение . максимума соответсвует знерг ■Ee/E * 4, который совпадает с областьи энергии CEQ/Ep= 3-5), г наблюдается максимальное сечонпе ионизации . верхних остов уроьно!!.- Таким образом,потверздается модель Кнотека-ФеЛбельма [33 , согласно которой ЗСД есть следствие перекрести оже-переходов. Акион при этом теряет один или два ;электрон становясь, нейтральным или ' положительно оаря&енвык. Б кош; кристаллах, где связь, в основном, обусловлена ояектростатичеси

I

взаимодействием, это приводит к десорбции аниона, а такке катис с яоаархнссти. Неболылш осЦилпящш значений- выхода ионов -экергмй электронов свидетель«гьуют • о появлении новы;: каиаг ъоозуждекия, который вызывает рост тслса вторичных ионов.

Колучэням* в кьетолцей работе экспериментальный результг

пп л;, pía;:.; ■ 3,:.I5Líí.:;í.í;x;'"í; zi;\.íi¡:í tu' nr.d, ¡:'rrr¡; ;¡ оперши

¿учдй *

rcküрс-нлоги'Угс.'.&ь;:йййТ<, чfo -j'iii aoiiti код действие;,! электронной dcwö3jn:ipoBi.u, допускается прямо ии яоверкнсст твердого тела. Ое.чспь.ъдлсь на работе- [7 J , ыи иредшлагаем, что энергия бомдлрдйруади алейронов при ЗСД. тергклся на ионизацию внутренних уровней катионов СМ?) паходлвшхся не только на первом, по в во-втсрсы или з третьих слоя» твердого тела. При этом г и • поверхностней ашюн.. (Х~), расположенный над

ио:тзирсва:шцы ;;ат;:окс;.! второго слоя, теряет asá электрона в результате мо&тгошшх Оай-перекокав к - переходит а двухкратно ионизованное состояние (Х+). Зтот поверхностный нон л'мо&ет десор-бпрсваться вместе с восеиьв самыми близкими соседными ионами в виде M^Xg4" под действием кулопоъских сил отталкивания действующи: со стороны ионизированного нижнего слоя. Малые молекулярные ионы могут образоваться при развале крупных типа

Были исследованы зависимости выхода атомарных Н+н Х^ ионов из. 0,ТК в области температур от £3° до 530°. Наблюдаемый заметный рост.выхода обеих . ионов .в интервале 25°-60°С связывается с эффектом- пгспгшсго спятил заряда поверхности. Далее в области от 100° до 220°С выход иоаоз слабо зависит от температуры поверхности. КрутоЛ подъем зрюшк KT) начинается при температуре МПШ5ИЦ около я« ' 250°С дяя обоих нсаов. При белее высоких температурах (Т£45С°Ю выход попов падает.

-Слабая зависимость вшодз ионов от тешерагуры мишени -в области 160°-250°С, по-видимому, мокко объяснить тем, что коны ^есорйипусдихся в результате кулокоаских'сил рассталкивания имеет, гкергк» в порядка % ю аВ. Зто немного больше термической энергии, кстсрал передается им з результате повышения температура '

ч в

решетки. Псотс;./ случайные смещения не дааг значительного вклада

- 1С. -

к последовательному движением ионов, происходящих за сче кулоновских сил рассталкивания, вследствие которого происходи десорбция частиц с поверхности. Однако, предполагаем, что пр высоких температурах термические флуктуации могут разрушит локальную ■ симметрию в решетке и в результате наблюдаете определенное влияние роста температуры к выходу положительны, ионов. Увеличение выхода ионов в области температур 250°-450°1 по-видимому, мокко объяснить с этим эффектом. С другой сторон! определенный вклад к возрастанию выхода положительных ионов 1 этой области температур, могут давать ионы образуешься 1 результате ионизации нейтральных частиц в газовой фазе падающим! или вторичными электронами. Появление в спектре двух- I трехзарядных атомарных и молекулярных ионов при высоки? температурах по-видимому говорит о том, что часть ионов, в тоь числе многозарядкьх- образуются . в газовой фазе.

В ,§4.3 приводится сравнение эмисси положительных ионов под действием электронов и многозарядных ионов. Обнаружено, что при облучении криссталлов ИГ, КС1 электродами, эмиссия положительных ионов Г+, С1 + оказалась на 1-1,5 порядка выше, чем под действием ионов Лг2+ максимальных! г 3.

Это позволяет сделать вывод об эффективности двухкратной ионизации галогена при электронной бомбардировке, Отмечены следующие интересные факты:

1. Порог ЭСД совпадает с энергией ионизации внутреннего уровня катиона М+С1Б1л или ЗБЮ. В результате последующих межатомных Оже -переходов образуютбя двухкратно ионизованные ионы галогена. Процесс неупругого распыления под действием МЭИ исжйт происходит тогда, когда потенциальная энергия падающего иона достаточно для удаления связанного электрона из аниона . С/Г). В результате Оге-переходов состоящих между падаюеии ненок, и твердым телом

¡азуются двухкратно ионизованные ионы галогена. Для -:ледованных систем ион-ЩГК порог по заряду г = 2. При пвупругои процессе распыления под действием МЭИ удаляются :тицы только с поверхностных слоев кристалла. Поэтому'зарядовое зтояние бомбардирующих ионов в основном сказывается но выход ' змарных ионов,с? выход молекулярных ионов слабее зависит от < генциальной энергии многозарядных ионов. При ЭСД положительных :ов участвуют также приповерхностные слои . твердого тела.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Разработана методика и создана сверхвысоковакуумная зпериментальиая установка ■ для комплексного

^-спектрометрического исследования продуктов десорбции, зпыления и -эрозии поверхности лонных кристаллов под действием пленных электронов и многозарядных иолов.4 . .

Для поликристаллического алтшния показано, что выход ионов не &нситлт заряда бомбардируащих ионов, а'определяется только его— иетнческой энергией. Это ' качественно согласуются эдставлениями о невозможности распыления твердотельных галличоских материалов за счет электронным процессов. Збнарукено возрастание выхода атомарных ионов катионной и ионной компонент мишени ■ в случае бо^ардпровки ионных металлов- ыногоэаряднымн иопаш!. Для исследованных систем и-щелочно галоидный кристалл неупругое распыление* имеет порог ' заряду н начинается с 2 2 2,3. Показано, что потенциальная эргия ».пюгозарядного иона приводит к ослаблений связей ц,-эличеннч степени ионизации поверхностных атомов мишени. . гановлена еттесть выхода щелочных (М+) и-галоидных СХ+) ионов, ааряда п кинг¡чческой энергии бомбардирующих частиц. -Впервые выявлено,что выход молекулярных ионов слабо зависит от атности заряда бомбардируздих ионов. Следует, что поток

- 1У ~

ьюрнчдох нолекуяяртьч !юяо|Г{<;р!г:ру!Л т.я п результате каскадов упругих столкновений. '

5. Впервые иссйодоваиа эрозия поверхности ЩГК в йавяеи'остн заряд* и квиетической оиерпш. Показано, что прн боцбарднро; кекленн№«| миогозарядаичи конами яроискодкт плоскостное травл®! р. результате десорбции, стимулированной потенциальной знерп многозарядных ионов..

6.Проведены исследования ЗСД положительных ионов с

поверхности ионных кристаллов в зависимости от плотности тока температуры образцов. Обнаружено, что при ЗСД ЩГК наблвдавт выходы .двух- и трехкратно ■ ионизованных анионов I! катионов гашен Лссорбцня как атомарных так и молекулярный' попон происходит поверхности в готовом виде. При высоких температурах определен«: вклад могут давать ионы, образующиеся в результате ионизаш и1-;-;ральных частиц в газовой фазе •падавдш: иди вторичны? электронами. —

7. Впервые экспериментально ¡¡оказано, что форма -энерготичосм зависимостей 'десорбируекык атомарных и иопекуяяриу.х ионе подобны. Пороговые анергии к эиергии соответствует,!! максимальному, выкоду- для веек ионов близки. Оштлено, что при ЗС

к

положительных атомарных к молекулярных ионов энерп: бскбардирувдх электронов передается кристаллу путем возбуждена внутренних уровней катионов.

0. Впервые показано, что выход положительных ионов галоида случае электронной бомбардировки больше, чем под действие« МЭИ < максимальным зарядок.. Этот' (акт объясняется. 'Э()$сктшшо1 двухкратной ионизацией анионов под действием олега роаов, а такх: участием в процессе ио>шз:-::шп иозо1* второго и третьего слс. решетки.

Основное содор.тлние дисссфтаиии отражено г. слс-ду?щЪ

~ 1Э -

ПубН-ЛКШЩЯХ:

!. Рздх'.йов U. С. , Рахиыов Р. Р. , Ахиадааиова И. X. Сравнительное :-x,'f4v.u\w '¡¡л поверхностей ^ли-мо-галондшх кристаиаоа

разаааайдйксл . иоиоардиривка иногозарзднши ионами. // XX Зсзссшзкая ь'он^арииция по ашссиоцнои электронике,- Пиев, 1SS7.-G. 1S8. '

/

2. Раджабов Ш. С. , Рахимов P.P., Ахмадгапова М.л. -Электронио-ыикросколнческой исследование поверхностей ¡делочио-галоидных кристаллов, по дьергпушх облучении многозарядныш ионами криптона // Тезе. докл. Веесовз.совещания-семинара молодых ученых '¡¡¡агностшса поверхности ионными пучками. - Донецк, 1988. 1213.-214. .

3. Радзабов'. НС., Ахыадзанова 11. К. , Хадшшухамедов X. X. 'пепнлеяие шеяочпоггалоидных кристаллов, вызываемое пучками ионоз ¡мешанной зарядности // Тезе. докл. Респ. конференции молодых ■чепых-физиков ВУЗов. - Ташкент, 1S88. - С. 43-44.

. Ахмаджаиов'а М. X. , Раджабов И. С. Установка для исследования аепшгёшш ir структуры поверхности твердых тел при бомбардировке ногозаряднтг ионами // Тез. докл. Респ. конференции молодых че.чых и специалистов Научные основы и конструирование приборов ля научиыл исследования и автоматизации эксперимента // Ташкент 3G9. - С. 1-2. •

. Радгабав И. С. , Лхкадзацова М. X., Рахимов Р. Р Электронная ч

.¡лссия, распыление ц структурные изменения щелочно-галоидннх шеталлоа при бомбардировке шюгоаарядпыми иона»,-.«. // Тез. докл. шпозиука, посвященного памяти акад. АН У&ССР У. А. Аряфова штдействпв - ага-лшх частиц с цозерхнсстьэ' твердого тела. iiuaouT. 13-13 «оня, 1889. - С. 62-63.

Рад:<а<5оп !3. С. , Ахчздязноза М. X.-, Эрозия- - поверхности .»дактржол, зн.чюглгше бомбардировкой нешэмц , различие:!

- 20 - j

зарядности // Тез. докл. Всео. конф. Поверхность-) Черноголовка, 4-6 ивня 1989.-С. 69.

7. Раджабов Ш. С-, Ахмаджаноьа М. X. , Рахимов Р. Р. Измеш структуры поверхности диэлектриков в процессе распыления koi различной' кратности заряда //' Тез. докл. IX Всес.кс Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. Москва, 1С октября, 1989,- С.160-161. . '

8. Раджабов Ш. С. , Дхмаджанова, М. X. , Рахимов Р. Р., Файзиева У Состав ионной эмиссии "при бомбардировке щелочно-галоиднь кристаллов многоэарядными ионами // Тез. докл. Всес. совещан семинара Диагностика поверхности ионными пучками. - Одесса, 26 октября, 1990,- С. 81. „

9. Ахмадханова М. X., Раджабов Ш. С., Рахимов P.P. Распыленно развитие структуры поверхности щелочно-галоидных кристаллов облучении ионами различной _зарядности • // Тез.докл. XXI Do конф. по эмиссионной электронике.- Ленинград, 1990.-С,

10. Ахмадканова К. X. , Раджабов Ш.С.,' Рахимов P.P. Эро: поверхности щелочно-галоидных кристаллов при облучении ионами I и Кгв+ // Поверхность, - 1992.-No 1,- С. 124.-126.

11. Атабаев Б.Г., Ахмадханова М.Х., Радкабов И.С. Установка j

ь

исследования распыления и структуры поверхности твердых тел г бомбардировке миогозарядньмя ионами // Тез. докл. X Всес. koi Взаимодействие ионов поверхность».- Москва.- 3-6 сентяс 1391. - С. 134-135.

12. AtabaeY B.G. , Akhmdzhanova Н. Kh. , Rad2habov Sh.S. , Galpov Sputtering and surface structural changes of dielectrics und various sharged ions bombardment // 1991 Fall " Meeting Materials Research Society. Boston, USA, Desember 2-ß, 1991.

13. Atabaev B.G. , ■ Akhnadzhanova M.Kii, Radzhabov Sh.S. Alka halide crystals sputtering and surface structure developing

- 21 -

- ion of various -charge bombardment // 4 Lh European згепсе on Applications of Surface and Interface Analisis, jest, Hungary, 1991,

U-abaev 0. G. , Akhmadzhanova.M. Kh. , Radzhabov Sh. S. Sputtering •ystals LiF, KCI, SiC under various charged ion. bombardment SMM-92, . Heidelberg, Gennar./,. 1992.

'абаев Б.Г. , Раджабов Ш. С. , Ахмаджансва M. X., Кучкаров М. С., 1ева X.А. Упругое и неупругое распыление кристаллов LiF и KCI бомбардировке электронами и шюгозарядньаш ионами // Тез. XI конф. "Взаимодействие ионов с поверхностьо"- Москва,

- С. 134.

табаев Б. Г., Ахмаджанова М. X. , Радзабов Ш. С. , Кучкаров H.G. ительноэ-ионное распыление кристаллов LiF , KGL, SiC при рдировке электронами и многозарядньши ионами // Узб. физ. п. - 1993. - No 3. - G. 34-3?.

габаев Б. Г. , Раджабов Ш. С. , Ахмаджанова М. X. , Кучкаров М. С. ,-эва X. А.' Упругое и неуругсе распыление кристаллов LiF и KCL эмбардировке.электронами и многозарядными. ионами // Изв. 1994. -Но 3. - С. 43-47.

Цитируемая литература зкова Е.С. Современные тенденции в распылении твердых тел // Фундаментальные .и прикладные аспекты распыления твердых L : Москва "Мир" 1989. , С. S-4S.

>илис Э. 0. 0 теории взаимодействия многозарядных ионов с •вом /V В сб. Взаимодействие атомных частиц в веществе -и на :нссти твердого тела. - Ташкент ФАН, " 1972, С. 33-40 тенский И.О., Нурахмедов М.Н. , Парилис.Э.С. Распыление ллов многозарядкыми ионами средних энергий путем вского взръза //. Ш>. -1979. - Т. 49. -С. 1044-1047 " ,

О

4. Knotek H. L.Feibelman P. J. Ion desorptioh by core-hole Auger decay // Phys. Rev. Lett.. -1978. - V.40.-!lo 14.- P.384-967.

5. Баранов И. Л. , Мзртьщешсо Ю, В., Цпелеснч С. 0., . Явлинский Ю. M Неупругое распыление твердых тел ионами // Успехи -физ. нау .-1983.-Т. 155,:- Вып. 3.-С.477-511 ■

6. Walkup R. Е. AYOuris Ph, Chosh А.P. Positive-ion production b electron borobardraorit. of alkali haï ides // Phys. Rev.-1987.-V. B. 3 . - Ho 4. - P. 4577-4580 , '

7. Valku'p R. E., Avouris Ph. Classical trajectory studies о: electron or photon stimulated dosorption from ionic solids /. Phys. Rev. Lett.-1933.-V.56.-Ho 5.-P. 524-527.

Диссертант выракает благодарность лауреату Госпремии шаш; Ady Райхааа L'spyns: Ракмаиу Рахшювичу Нахимову за ценные советы г, старшему научному . сотруднику Шухрату Садыковичу Раджабосу, за активное участие в проведении экспериментов и обсуждении результатов-

m

ПОМЕТ АЛЛ СИРТЛАРИН1Я1Г ЭЯШРОШ1АР ВА КУП ЗАРЯДИ!

ШШТАР ТАЪСИРЯДА ЭЛАСТИК ВА ЫОЭЯАСТШС ЧЛ1Л'ЛАЛНШ11 ВА ЭРОЭИЯСИ Ахмадгонова И.Х. 1Сис$ача иаьлумот Ко« кристаллар LiF, КС1 ва SiC снртларшш электроняар ва зарддкн аргон ва крнптсн нонлари <5илан боибардтюн )гаиял '(аигланаЗтган ка Дисорсцу;» оулаз-пчш uyctíd-e иош(щ> -сплггрдари згшдд capí /ргашшчш.

«там ва шлекула чаиглаиазтгац ноаяар чакишиш

г:.:тгл ::снлар кшготаи ьа йогащкая- аиергшюига ооуланиш :;?дт: }fyv¿c-;-:j, сзр&дош ион зарлдйшшг ошшип

! 'ipv.c: ...•.iTAauwCi......ва Kü«tv4 кишюмии*иларл

"ü.un Злоатр^ц .*»кроско& ¿рд&иада кул оаридли ион

шкал онергнясн т'аьсирнда t поп кристалл сиртшга катлаи ■ísici:- здогданга!.

Тад:;:::;>,:}лйвгав LiF.UCI ва SiC цнюталларидаа ча-иданаетган -чвсорбщь: d|'í;aon-;,H мусоат аарра^аларзашг шос-сш>ктр«ари гторютд, оледтриклар г- дуп зарлдди нсияар '.»и^урад» "•üTi/i «г.лглзтач дгсскди С.-и-^одисалар сюрлапз курсатшм'йН »а зклзягаа. ,

EIAST1C Aim NONELASTIC SPUTTERING.AND SURFACE EROSION OF NONMETALS UNDER ELECTRON AND MULTICHARGED ION BOMBARDMENT Akhmadzanova M. K.

Summary

We have carried out ¡nass-spectrometry analysis sputU and desorption of positive particles, electron-microsc investigation of the surface erosion for ionic crystals LiF, and SiC under electron and multlchaged argon and krypton bombardment.

It was shown that secondary particles mass-spec) contains atomic and cluster ions of target material, dependence of these ions yield ori primary particles potential kinetic energy was revealed. It was' shown by comparison secondary ion emission under electron and multi /.charged' bombardment that the additional yield of atomic ions with chai growth and the particles desorption under electron bombard® very due to nonelastic processes of the sputtering.

Surface microrelief of alkali-halide crystals formed^unc tCr ion bombardment of different charge multiplicity 2 has be comparatively studied by transmission electron microscopy metho It has been shown that for low energy Eoof the ixmbarding i'o, the surface etching degree grows with increasing charge < bombarded particles as a result of inelastic electron sputterii processes. The relief formation at large energies in the case c irradiation by multi-charge ions is governed by a join contribution of col1isivo and electron sputtering mechanisms.