Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 109
Текст из файла (страница 109)
Однако расстояния между ближайшими атомами в этих направлениях слишком велики, чтобы происходила фокуси. розка Силсби. Расчеты Гибсона и др. [27] на ЭВМ показали, что атом, движущийся в направлении, близком к направлению ( 100>, испытывает отклонение в направлении ( 100>, когда проходит через кольцо нз четырех атомов, лежащих в плоскости (!00). [Лучше всего это можно показать на модели кристалла.) Таким образом, в этом направлении происходит «линчонзяз фокуси)зевка импульса. Аналогичная фокусировка возможна и в направленйр (! 1! >. Линзовая фокусировка обычно менее зффектив. на, чем фокусировка Силсбя, и поэтому данные, говорящие о том, что для проявления выброса распыленных атомов в этих направлениях требуются более высокие энергии бомбардирующих ионов, кажутся весьма разумнымп.
Подобные рассуждения можно привести в случае объемно-центрирован. ной кубической решетки. На основании этих результатов многие фяэикн ешили, что любая теория распыления должна учитывать фокусировку. акая теория была, например, предложена Сандерсом н Томпсоном [!45). Данные о возможности фокусировки казались цастолько убедительными, что Саутерн н др. отмечают в своей работе [99]: «Каргины пятен распыленного материала искфочают почти все сомнения относительно того, что цепочки гфокусированяых столкновений являются основиыы механизмом передачи 8.
Теоретические модели ионного распыления импульса на поверхность металлов с плотной упаковкой». Опубликоваяы работы, в которых этот механизм рассматривается с некоторыми подробностями, такими как возникновение расфокусировки вследствие увеличчния амплитуды атомных колебаний при более высоких температурах [!46), влияние дефектов на процесс столкновений [147[; предпринимались попытки изме ить энергию расфокусировки [148). то же время в нескольких экспериментальных работах показано, что эффект фокусировки соударений в пепочке атомов нс может быть единственным механизмом, определяющим преимущественный выброс атомов в определенных ваправлениях. Так, например, детальные исследовании испускания атомов германия привели Андерсона [89] к предположению что т сфокусированиые столкновения ие играют н полупроводниках такой важной роли, как в металлах.
Исследования температурной зависимости коэффициентов распыления основных кристаллографическнх плоскостей германия показали, что коэффициент распыления для поверхности (1!! ) больше, чем для поверхности (110), меньше, чем для поверхности (100) и сходен с коэффициентом распыления для аморфной поверхности. Это говорит о том, что в данном случае основную роль играют столкновения вблйзи поверхности, Кроме того, при исследованиях металлов с гексагональной плотиоупаковаиной решеткои было установлено, что преимущественная эмиссия атомов происходит в направлениях (2023> (направления линий, соединшощих центры наиболее плотноупаковаиных атомов, лежащих в смежных базисных плоскостях; в этих направлениях линейные пепочхи могут состоягь только из двух атомов) и направлениях <1120> (направления, соответствующие наиболее плотной упаковке атомов и бззнсиой плоскости и обозначаемые длинными рядами плотиоупакованиых атомов) [96, 97, 151].
Гаррисон и др. [28, 152] смоделировали процесс распыления на ЭБМ и установили, что картины пятен распыленного материала можно объяснить и не привлекая мехаиязм сфокусированиых столкновений. Согласно их модели преимушестненный выброс вещества в определеннык направлениях происходит в результате скользяп[их соударений, вызываемых падаюшями ионами, в нес«олькпх первых атомных слоях кристаллической решетки. Авторами установлено, что если нон не испытывает жестких столкновений на расстоянии в несколько постоянных решетки от поверхности, он «кана.
лнруетз в решетке и проникает слишком глубоко в мишень, чтобы вызвать ее распыление. Было обнаружено, что картины пятен не зависят от межатомиого потенпизла, тогда как в рассчитанных значениях коэффициентов распыления ~акая зависимость существует, Однако такой вывод, вероятно, в данном случае неудивителен, так как бомбардировка ионами рассматривалась только в направлениях каналирования.
Кроме того, согласие между вычисленными значениями коэффициентов распыления и экспериментальными величинами было не особенно хорошим. Эти расчеты явились объектом серьезной критики в работе Робинсона [153), который считает их нереалистическими, так как в них взят слишком высокий потенциал взаимодействия для столкновений Аг — Си. Леман и Энглунд [154] также теоретически показали, что картиим пятен при распылении моиокристаллов не обязательно есть результат сфокусированных столкновений. Эти авторы пришли к выводу, что пятна распыленного материала являются следствием упорядоченности кристаЪлической структуры поверхности мишени. Интенсивность распыления имеет максимум для тех кристаллографических направлений, которым соответствует минимальная энергия выброса.
Авторы приводят несколько экспериментальных агиных, которые, по-видимому, согласуются с их предположе. 895 Гл. 3. Физический механизм ионного распыления пнем о том, что в основном «фокусировка» происходит на расстояниях, рввныд в52го двум постоднйым решетки и поэтому не играет решающей -рол>[ [( так)ТЯ йа([кым йфййййтся следующйв: в случае мишеней с гексаго. надь((ой плотноупаковаиной решеткой коэффициенты распыления одного порядка для поверхностей (0001) и (1010), а участие фокусировки в распылении возможно лишь для поверхности (1010); коэффициент распыления металлов как с объемно-центрнроваииой, так и с гранецентрировапной рек)етками зависит от температуры намного слабее, чем длина фокусировки; тот факт, что коэффициент распыления изменяется, по-видимому, обратно пропорционально теплоте сублимации (которая зависит от энергии поверхностной связи), означает, что столкновения, происходящие вблизи поверх.
ности, играют более важную роль, чем фонусировка на больших расстояниях. Эта модель в настоящее время, по-видимому, наиболее близка к действительности, однако имеются исследователи, не поддерживающие этого мнения. Так, например, Жаи и Нельсон [155) выступили с критикой модели Лемана и Зигмунда и пытались показать, что сфокусированные столкновения на самом деле играют важную роль при распылении, особенно в случае высоких энергий ионов. Понятие об эффективности распыления у, определяемой как часть энергии бомбардирующнх ионов, теряемаи мишенью за счет распылеииь>х атомов и отраженных ионов.
было впервые введено Зигмундом [156[. Его расчеты привели к неожиданному результату. Оказалось, что при распылении ионами того же материала, что и мишень, у 0,024 н не зависит от энергии ионов и материала мишени для упругих соударений с энергией выше 1 кэВ. Андерсен [157[ подтвердил этот результат для случая чавтораспылеиия» свинца. Этн теоретические выводы недавно объяснил Зигмунд [155[. Используя методы теории переноса, он рассмотрел модель мишени с неупорядоченной структурой и плоской поверхностью.
Как уже отмечалось, имеются данные о том, что процессы сфокуснрозаниых столкновений важны только для вторичных эффектов, и в первом прибли>кенни ими можно пренебречь [155[, Для обоснования этого приводятся факты отсутствия значятельной темйературиой зависимости коэффициента распыления и относительно слабой связи коэффийнентв распыления моиокристаллов и нреимугцестаеииого выброса распыляемого материала в определенных направлениях [159 †!61[.
Гур>чин и др. [162) получили новые данные, свидетельствующке о малой роли фокусировки в ионн>м распылении, установив, что коэффициенты распыления Хп и ХгС несильно различаются между собой при энергиях вплоть до !7 кэВ. Зигмунд испольэовал интегродифференциальное уравнение больцмаиовского типа, степениучо аппроксимацию сечения То. маса — Ферми и случай плоского потепциалыюго б>арьера.
Он получил следующее выражение для коэффициента распыления плоской мишени аЗя (Е) !6лэая(>>» ' где а — функция отношения (А(т(А(>); Я (Е) — сечение торможения иона ядроМ; а 0,219 А — радиус зкраннрования, предложенный Андерсеном и Зигмундом [163[ для взаимодействия Бориа — Мейера между двуми атОМаын! (7» — ЭНЕРГИЯ ПОВЕРХНОСтиОГО баРЬЕРа, ПРИНктаЯ РаВВОй тЕПЛОтЕ су>м>рйации. Вид 9,(Е) зависит от знергни ионов.
Для низких энергий ионов, когда правнльпее испод>,зрзать потенциал Бориа — Мейера, в не потенциал томаса — Ферми, зигмунд в приближении йотенцнала Борна— Мейера получил Еи (Е) 12паз )>Е, й. Разине где Х 4М~М»/(М~+Мз)з. Следовательно, в атом случае коэффициент распыления ЗаХЕ 5 «» 4пз и Таким образом, для низких энергий ионов иозффидиеят распыления пропорционален энергии бомбардируюших ионов н обратно пропорционален теплоте сублимации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
