Распыление - атом
Cтраница 1
Распыление атомов возможно только тогда, когда энергия иона превышает энергию междуатомного взаимодействия в материале мишени. Эта энергия распыления носит название пороговой ЕП. [1]
Келлер [174] исследовал распыление атомов быстрыми нейтронами; эта проблема представляет практический интерес для работ по термоядерной плазме. Установлено, что коэффициент распыления молибдена, облучаемого нейтронами с энергией 14 МэВ, меньше 10 - 4 атом / нейтрон, что не очень расходится с теоретической оценкой 10-в атом / нейтрон. [2]
Они предположили, что распыление атомов происходит в результате только первого столкновения падающего иона. Все же последующие столкновения происходят уже на такой глубине в мишени, что не приводят к актам распыления. Коэффициент распыления полагался пропорциональным энергии, переданной при первом столкновении и обратно пропорциональным величине, которую они назвали длиной свободного пробега. Фактически это параметр, введенный для учета энергетической зависимости среднего пути, проходимого в мишени налетающим ионом до его первого столкновения. [3]
Скорость распыления примесей, заключенных в веществе, видимо, определяется скоростью распыления атомов основы, хотя это положение в дальнейшем требует уточнения. [4]
 |
Камера катодного распыления. [5] |
Для катодного распыления полоску металла или другого материала подвергают бомбардировке положительными ионами в газовом разряде, что вызывает распыление атомов металла. [6]
Известно очень мало работ, в которых бы исследовались сами мишени после их ионного распыления. Ими было установлено, что происходило преимущественное распыление атомов золота, в результате чего содержание меди в поверхностном слое возрастало. [7]
Аналогия с биллиардной игрой объясняет ( по крайней мере до известной степени) предпочтительный выброс распыляемых атомов в направлениях плотной упаковки кристаллической решетки. Однако не следует упускать из вида некоторые важные различия между распылением атомов и столкновением биллиардных шаров. При больших скоростях бомбардировки нужно не только уменьшать относительные размеры биллиардных шаров, но и помнить, что эти шары уже не являются твердыми сферами и не могут оставаться неповрежденными. Некоторые атомы, особенно в случае металлических поверхностей, загрязненных адсорбированными примесями, или в случае диэлектрических мишеней, могут испускаться в возбужденном состоянии или в виде отрицательных или положительных ионов. Вследствие этого существует разница, которую часто не замечают, между ионно-лучевым распылением в отсутствие электрического поля и ионно-плазмепным распылением, при котором мишень находится под отрицательным потенциалом относительно окружающей ее плазмы. В последнем случае испускаемые положительные ионы возвращаются обратно на мишень, тогда как отрицательные ионы ( как и вторичные электроны) ускоряются в направлении от поверхности мишени. Эти отрицательные ионы ( часто кислород или углеводороды) могут вызвать вторичное распыление материала на подложке или где-либо в устройстве, куда они еще могут попасть. Mace-спектрометрический анализ положительных ионов, выбитых из мишени путем ионно-лучевого распыления, обнаружил удивительное и еще не объясненное явление: часто многие из распыленных ионов представляют собой целые заряженные скопления атомов. [8]
 |
Геометрические размеры схемы реактора-токамака. [9] |
Элементы конструкции разрядной камеры, обращенные поверхностью к плазме, называются первой стенкой. Корпускулярные потоки на первую стенку вызывают радиационные повреждения конструкционных материалов. В результате взаимодействия потока частиц из плазмы с конструкционным материалом происходит распыление атомов поверхности первой стенки. Эти атомы переходят в плазму, ионизируются и увеличивают потери с тормозным излучением. [10]
Возникающие в разряде положительные ионы с низкой энергией бомбардируют подложку и удаляют с ер поверхности большую часть слабо связанных загрязнений путем нагрева и ионного травления. После этого на источник распыляемого материала ( мишень) подается отрицательный потенциал. Вытягиваемые из плазмы разряда положительные ионы бомбардируют мишень с энергией, достаточной для распыления атомов материала мишени. При больших энергиях бомбардирующих ионов выбитые из мишени атомы двигаются преимущественно в направлении, перпендикулярном к ее поверхности, и могут быть сконденсированы на поверхности подложки, находящейся напротив мишени. Подвижный экран позволяет одновременно или последовательно производить предварительную очистку поверхности подложки и мишени распылением поверхностных загрязненных слоев. Качество очистки поверхности мишени и тем более подложки является одним из решающих факторов в процессе формирования пленки из конденсирующегося распыленного материала. [11]
По-видимому, это означает, что при очень низких кинетических энергиях столкновения частиц нельзя рассматривать как независимые парные столкновения. В столкновение могут вовлекаться другие соседние атомы, и это потребует введения некоторых эффективных атомных масс. В случае кинетических энергий, значительно превышающих пороговую, имеется весьма убедительное доказательство того, что распыление является результатом ряда независимых парных столкновений такого же типа, как если бы ион ( или нейтрализованный ион) сталкивался с атомами облака газа. Здесь, конечно, решающую роль играют отдельные массы каждой из сталкивающихся частиц. Распыление атомов или ионов, являющееся результатом единичного столкновения между ионом н поверхностным атомом, можно обнаружить только при наклонной бомбардировке. Представления биллиардной игры применимы также и к бомбардирующему иону. Если его масса меньше массы атома мишени, он может быть рассеян или отражен обратно в результате единичного столкновения. Если же масса иона больше массы атома мишени, то он может отразиться обратно только в результате более чем одного столкновения. При кинетических энергиях, превышающих примерно 100 эВ, ионы начинают внедряться в кристаллическую решетку мишени. Структура и ориентация кристалла являются важными факторами, определяющими глубину проникновения. По мере того, как происходит распыление, устанавливается равновесное состояние, при котором внедренные ионы распыляются так же, как и атомы мишени. Эффекты распыления, вызываемые бомбардировкой молекулярными ионами, можно легко объяснить на основе представлении, развитых для процесса бомбардировки одиночными атомами, если предположить, что атомы, составляющие молекулу, падают на мишень с той же скоростью, что и молекула. Когда скорости бомбардирующих ионов достигают 10е - 107 см / с, к потенциальной Оже-эмиссии вторичных электронов добавляется кинетическая эмиссия вторичных электронов. Коэффициент вторичной эмиссии v может составлять много электронов на один падающий ион. Если проводится рыспыление при энергиях ионов выше 8 кэВ, следует помнить об опасности рентгеновского излучения, которое могут вызвать эти вторичные электроны. [12]
Это есть следствие главным образом двух процессов. Во-первых, повышение энергии распыленных частиц приводит к их более высокой подвижности на поверхности после соударения. Благодаря этому пленки, полученные распылением, по структурным характеристикам эквивалентны обычным конденсатам, образующимся при более высоких температурах. Во-вторых, высокая энергия распыления атомов способствует очистке подложки от примесей. [13]
Необходимо соблюдать много предосторожностей, чтобы быть уверенным в получении чистой поверхности. Хотя во избежание повреждения поверхности нужно поддерживать низкие напряжение и силу тока, вместе с тем эти величины должны быть достаточными, чтобы воспрепятствовать возможному повторному загрязнению в ходе бомбардировки. Например, некоторые из электронов, образующихся в разряде, при ударе об анод высвобождают атомы газа, способные вновь загрязнить очищаемую поверхность. Следует быть осторожным при использовании электронного пучка для поддержания разряда. Если область разряда окружена электрически изолированной металлической оболочкой, то благодаря ионизации электронным пучком последняя может стать отрицательно заряженной, что вызовет распыление атомов с этой оболочки на очищенную поверхность. Во избежание этого следует поддерживать ускоряющее напряжение электронной пушки ниже порога распыления рассматриваемого вещества или же заменить изолированную оболочку на проводящий экран с потенциалом, равным анодному. При соответствующих условиях метод ионной бомбардировки позволяет получать чистые поверхности, если не считать внедрения в поверхность атомов аргона. Эти внедрения и повреждения поверхности в результате бомбардировки ликвидируют посредством надлежащего прогрева. [14]
Страницы: 1