Распыление твердых тел ионами инертных и химически активных газов при фазовых превращениях (1097871), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Установлена возможность изменения магнитных свойств поверхностных слоевпри бомбардировке никеля ионами химически активного газа. Измерения, выполненные спомощью РФЭС, показали, что в этом случае в поверхностном слое формируютсяхимические соединения - оксид и нитрид никеля, которые являются антиферромагнетикоми парамагнетиком, соответственно.4. Проведенные исследования изменений состава и химического состоянияприповерхностного слоя и остаточной атмосферы вблизи распыляемой поверхностипозволили выявить присутствие чисто химического механизма распыления диоксидакремнияионамиаргонаиазота.Последнийзаключаетсявобразованиивприповерхностном слое молекул SiO и NO, имеющих низкие значения энергии связи споверхностью.
В результате десорбции этих молекул коэффициент распыления диоксидакремния увеличивается по сравнению с Si.5. Изучен процесс формирования поверхностного слоя при бомбардировке кремнияионами азота при различных энергиях и углах падения первичного пучка. Установлено,что при углах падения до 35º поверхностный слой представляет собой нитрид кремния, а7при больших смесь кремния и нитрида кремния, причем доля последнего резкоуменьшается с ростом угла падения ионов.6. При изучении угловой зависимости коэффициента распыления Y(θ) обнаруженыособенности в случае распыления кремния ионами азота.
При углах падения θ>35º криваяY(θ) растет значительно быстрее с увеличением θ прибомбардировке поверхностиионами азота по сравнению с ионами аргона. Этот результат связывается с уменьшениемсредней энергии связи атомов на поверхности при увеличении угла падения ионов за счетувеличения доли кремния, имеющего меньшую энергию связи.7.
Выявлены факторы, ускоряющие процесс формирования волнообразногорельефа на поверхности при распылении кремния. Предложена модель эрозии твердыхтел, которая предполагает зарождение ВР при наличии на поверхности неоднородностейнанометрового масштаба.Научная и практическая ценность работы1.
В процессе выполнения работы было создано две экспериментальных установкив ИМИ РАН (Ярославль) и Солфордском университете (Манчестер, Англия) для изученияпроцессов распыления и вторичной ионной эмиссии и исследования взаимодействиявысокоэнергетичных ионов с поверхностью методом Резерфордовского обратногорассеяния.2. Было обнаружено увеличение распыления Gd 10-15% при переходе из ферро- впарамагнитное состояние, что было объяснено уменьшением потенциала взаимодействияатомов мишени на ~6%.
Этот результат интересен с физической точки зрения, посколькупоказывает, что небольшие изменения в потенциалах взаимодействия атомов в твердомтеле могут привести к заметнымвариациям коэффициента распыления. И этот фактнеобходимо иметь в виду при практическом использовании распыления.3. Сравнение температурных зависимостей вторичной ионной эмиссии ираспыления магнитных материалов позволило оценить роль энергии связи в выходевторичных ионов.
Полученные результаты необходимо учитывать при практическомВИМС анализе магнитных материалов.4. Обнаруженное в работе влияние типа первичных ионов на температурнуюзависимость вторичной ионной эмиссии магнитных материалов указывает на возможностьсоздания на поверхности слоев с магнитными свойствами, которые отличаются отмагнитного состояния образца в объеме. Этот результат может использоваться приполучении многослойных магнитных структур.85. Выполненное в работе моделирование развития волнообразного рельефа наповерхности при ионной бомбардировке может применяться при создании наноструктур вмикроэлектронике.6.
Показана возможность получения защитных покрытий путем формированияинтерметаллических соединений ионным перемешиванием металлов пленки и подложкипри повышенных температурах. Состав покрытия определяется толщиной пленки, дозойоблученияитемпературойподложки.Толщинапокрытияможетзначительнопревосходить проективный пробег ионов.7. Изучение приповерхностных слоев кремния, облученного ионами азота,показывает, что ионная бомбардировка может использоваться для формированиябарьерных слоев Si3N4 в микроэлектронике. При этом, толщина и стехиометрическийсостав слоя зависят от легко управляемых параметров пучка.Защищаемые положения1.Полиморфноепревращениекристаллическойрешеткикобальтаизгексагональной плотноупакованной в гранецентрированную кубическую сопровождаетсяувеличением коэффициента Со распыления почти в 1,5 раза.
Этот результат объясняетсяизменением прозрачности монокристалла кобальта при фазовом переходе I рода.2. При переходе гадолиния из ферро- в парамагнитное состояние коэффициентраспыления увеличивается на 10-15%. При этом, в окрестности точки Кюри наблюдаетсямаксимум температурной зависимости коэффициента распыления примерно в два разапревосходящий его значение в ферромагнитном состоянии. Увеличение распыления впарамагнитном состоянии связано с существованием отрицательной добавки кпотенциалувзаимодействияатомов в ферромагнитномсостоянии, возникающейвследствие косвенного обменного взаимодействия атомов Gd.
Ее исчезновение притемпературе выше точки Кюри приводит к уменьшению энергии связи атомов наповерхности, что обеспечивает увеличение распыления в парамагнитном состоянии.3. Изменение вторичной ионной эмиссии магнитных материалов при переходе изферро- в парамагнитное состояние имеет обратный знак к тому, что получено дляраспыления нейтральных атомов. Это объясняется тем, что коэффициенты распыления иВИЭ имеют противоположную зависимость от энергии связи атомов на поверхности.
В товремя как распыление увеличивается с уменьшением энергии связи, ВИЭ - уменьшается.Оценки, выполненные в рамках моделей ВИЭ, включающих энергию связи атомов наповерхности,даютхорошееколичественноесогласиесполученными9экспериментальнымирезультатами.Бомбардировкаповерхностиникеляионамихимически активных газов изменяет магнитные свойства поверхности.4. При распылении диоксида кремния ионами аргона и азота необходимо вдополнение к каскадному механизму рассматривать химический механизм распыления.
Вприповерхностном слое происходит образование газовых молекул SiO и NO, слабосвязанных с поверхностью. Их десорбция значительно увеличивает скорость распыленияобразца.5.Облучениеобразцовионамиазотаформируетмодифицированныйприповерхностный слой. Состав и структура слоя определяется углом падения ионов, атолщина зависит от энергии и угла падения ионов. Для кремниевой мишени при углахпадения θ<35° модифицированный слой представляет собой нитрид кремния, а прибольших - смесь кремния и нитрида кремния, причем доля последнего резко уменьшаетсяс ростом угла падения ионов.6.
Угловая зависимость коэффициента распыления кремния ионами азотахарактеризуется аномально быстрым (по сравнению с распылением поверхности ионамиаргона) ростом коэффициента распыления при увеличении угла падения ионов. Поведениекривой Y(θ) объясняется уменьшением средней энергии связи при изменении θ из-заувеличения доли кремния в приповерхностном слое с ростом угла падения ионов, энергиясвязи атомов которого почти в два раза меньше, чем для нитрида кремния.7. Образование волнообразного рельефа при распылении кремния ионами азотапроисходит в диапазоне углов падения, для которого характерен резкий рост зависимостиY(θ). Наличие рельефа на исходной поверхности значительно ускоряет зарождение ВР.Предложенамодель эрозии, учитывающая зависимость коэффициента распыления отлокального угла падения ионов и размеров на поверхности.
Получено уравнение,описывающее зарождение ВР, которое имеет волновое решение, если на поверхностисуществуют неоднородности субмикронного масштаба.АпробацияМатериалыдиссертационнойработыдокладывалисьиобсуждалисьнаСимпозиуме по взаимодействию атомных частиц с поверхностью твердых тел (Ташкент,1979), IX International Conference on Atomic Collisions in Solids (Lyon, France, 1981), XInternational Conference on Atomic Collisions in Solids (Lyon, France, 1983), X InternationalVacuum Congress (Madrid, Spain, 1983), Всесоюзном семинаре “Диагностика поверхностиионными пучками”, (Одесса, 1990), XI Международной конференции по взаимодействиюионов с поверхностью (Звенигород, 1993),I Всероссийской научно- техническойконференции «Микроэлектроника» (Москва, 1994), XII Международной конференции по10взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород, 1995), XIII International VacuumCongress (Yokohama, Japan, 1995), IX International Conference of Ion Beam Modification ofMaterials (Canberra, Australia, 1995),I Республиканской конференции по физическойэлектронике (Ташкент, Узбекистан, 1995), Юбилейной конференции “Структура исвойства кристаллических и аморфных материалов” (Нижний Новгород, 1996), XIInternational Workshop on “Inelastic Ion Surface Collisions” (Wangerooge, Germany, 1996),XIIIМеждународной(Звенигород, 1997),конференцииповзаимодействиюионов споверхностью,E-MRS 98 (Strasbourg, France, 1998), VII Межнациональномсовещании “Радиационная физика твердого тела” (Москва, 1998), II Всероссийскойнаучно-технической конференции “Микро- и наноэлектроника” (Москва, 1998), XIVМеждународной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород,1999), XV Международной конференции по взаимодействию ионов с поверхностью(Звенигород, 2001), XVI Международной конференции по взаимодействию ионов споверхностью (Звенигород, 2003), XVII Международной конференции по взаимодействиюионов с поверхностью (Звенигород, 2005), XXXVI Международной конференции “Физика взаимодействия заряженных частиц с кристаллами” (Москва, 2006), IВсероссийскойконференции “Физические и физико-химические основы ионнойимплантации ” (Н.Новгород, 2006).ПубликацииПо материалам диссертации опубликовано более 50 работ, основные из которыхприведены в конце автореферата.Вклад автораЛичный вклад автора в работы, написанные в соавторстве и вошедшие вдиссертацию, является определяющим.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, семи глав и заключения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
