Автореферат (1104348), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Некоторые характеристики использованных в экспериментах материалов.При распылении индия угловое распределение оказалось латеральным, также как и для меди. Следовательно, тип углового распределения определяется неатомной массой распыляемого вещества.Для объяснения экспериментальных данных был предложен следующиймеханизм распыления кластерными ионами.
На ранней стадии столкновенияближайшиекповерхностимишениатомыкластеразамедляются,взаимодействуя с атомами мишени. В то же время, на них действуют атомыследующих слоев кластера. В результате, кластер оказывает на поверхностьдавление в направлении своего движения.Наследующейстадиивзаимодействияслабосвязанныйкластерразрушается (атомизируется), переставая оказывать давление на мишень. Приэтом атомы мишени в области столкновения обладают значительной энергией,недостаточной, однако, чтобы покинуть тело.
Начинается релаксация сжатия15мишени. Возникающая сила направлена от поверхности и пропорциональнамодулю упругости кристалла. Величины этой силы достаточно для того, чтобысообщить атомам мишени энергию, необходимую для их эмиссии.Значение модуля упругости для молибдена превосходит значение длядругих материалов. Поэтому в случае молибдена вклад потока, направленноговдоль нормали от поверхности, в общий поток распыленных частиц, наиболееярко выражен.
Предложенная модель подтвердилась в экспериментах пораспылению кадмия (латеральное угловое распределение) и вольфрама(значительный выход вдоль нормали).При распылении многокомпонентных мишеней, представляющих собойсплавы NiMoRe (86:10,5:13,5) и NiPd (1:1), угловые зависимости распыленноговещества также представляли собой сумму латеральной составляющей ивыхода вдоль нормали. Относительный выход компонентов NiPd показан нарис.
6, а. Как видно из рисунка, никель распыляется преимущественно подмалыми углами эмиссии, а палладий – под большими углами эмиссии. Даннаязависимость близка к аналогичной зависимости, полученной в случаераспыления сплава NiPd при бомбардировке атомными ионами Ar+, хотя вслучае распыления кластерными ионами эта зависимость более выражена.Рис. 6. Зависимость относительного выхода компонентов, распыленных из сплавовNiPd (а) и NiMoRe (б) кластерными ионами от угла эмиссии. Также приведены аналогичныезависимости для распыления мономерами.16При распылении NiMoRe, как показано на рис. 6, б, никель такжепреимущественно распыляется под малыми углами от нормали, в то время какболее тяжелые компоненты (молибден и рений) распыляются под большимиуглами эмиссии. Нужно отметить, что распыление того же сплава атомарнымиионами Ar+ дало противоположную зависимость относительного выходараспыленных частиц.Известно,чтоприбомбардировкеатомарнымиионамиугловаязависимость определяется соотношением между поверхностными энергиямисвязи компонентов мишени.
Элементы сплава с меньшей энергией связисегрегируют на поверхность и распыляются преимущественно вдоль нормали кповерхности. В случае бомбардировки кластерными ионами экспериментыпоказали, что вблизи нормали распыляются легкие элементы независимо отсоотношенияэнергиисвязи.Аналогичнаяситуациянаблюдаласьприраспылении сплавов низкоэнергетичными ионами.
Для объяснения даннойситуации требуются дополнительные теоретические и экспериментальныеисследования.В главе 5 описано изменение рельефа мишени под действием облучениякластерными ионами. Как известно, в отличие от облучения атомарнымиионами,приэтомпроисходитсглаживаниеповерхности.Однакосистематические исследования данного эффекта отсутствуют.В качестве исследуемых материалов были выбраны поликристаллическиеметаллы простого состава (Cu, W) и сложного состава (NiMoRe, NiPd),полупроводники (Si, Ge), диэлектрики (алмаз, ситалл), а также элементыструктуры микросхемы. Такой выбор позволяет оценить влияние на процесссглаживания электрических свойств мишени, ее состава, твердости, а такжеимеющегосяупорядоченногорельефавслучаеоблученияэлементовмикросхемы. Облучение проводилось кластерными ионами аргона с энергией10 кэВ и дозами от 3·1016 до 5·1017 см-2.
Рельеф поверхности контролировался спомощью атомно-силового микроскопа.17В случае металлических мишеней до обработки кластерами хорошозаметны царапины шириной около 100 нм и глубиной 10-20 нм. Послеоблучениякластерамицарапиныисчезли,сформированныйрельефоднородный, значение среднего квадрата шероховатости RMS уменьшилось от6,78 нм до 0,86 нм, рис.
7.Рис. 7. АСМ-изображения поверхности меди до и после облучения кластерными ионами.Аналогичные изменения наблюдались для всех изученных металлов исплавов. При меньшей энергии связи атомов вещества сглаживание егоповерхности кластерами с энергией 10 кэВ при одинаковой дозе облучениябыло более ярко выраженным. Поэтому для наиболее эффективной шлифовкиданного вещества необходим индивидуальный выбор энергии и дозыоблучения, а также размеров и состава кластерных ионов.При облучении кремния с низким качеством шлифовки отмечено удалениеострых выступов даже относительно небольшой дозой кластерных ионов, а вслучае германия удалось полностью удалить остаточный рельеф.Кроме металлов и полупроводников, изначально не имеющих наповерхности упорядоченной структуры, бомбардировке кластерными ионамибыла подвергнута часть микросхемы. На ее поверхности существовал наборвыступов высотой 40 нм и шириной около 1 мкм.
После облучения кластерамис дозой 2,5·1016 см-2 выступы «размылись», их высота уменьшилась до 20 нм.18Анализ данных распределения высоты поверхности на АСМ изображениях до ипосле облучения показал, что при облучении произошло как сглаживаниеповерхности вокруг выступов, так и уменьшение высоты выступов.При облучении диэлектриков вблизи мишени располагался катод извольфрамовой проволоки для устранения зарядки поверхности под действиемпучка ионов. Эмитируемые катодом электроны компенсировали заряд пучка.Температура мишени контролировалась полупроводниковым термодатчиком ине превышала комнатную более чем на 10°С.Первоначально облучению подвергался нешлифованный природный алмаз.Бомбардировка кластерными ионами позволила удалить загрязнения на егоповерхности.
Кроме того, в облученной области видны ямки травления,отсутствующие в необлученной области. Как известно, появление ямоктравления определяется кристаллической структурой поверхности вещества.Таким образом, можно предположить, что при облучении кластерными ионамив данных условиях поверхности алмаза не аморфизируется. При облучениишлифованного алмаза отмечено удаление оставшихся после шлифовкицарапин.Вторымдиэлектриком,подвергнутымбомбардировкекластернымиионами, является ситалл.
Ситаллы представляют собой стеклокристаллическийматериал, состоящий из одной или нескольких кристаллических фаз,равномерно распределенных в стекловидной фазе. Они характеризуютсявысокой твердостью и жаропрочностью. Ситаллы используются, в том числе,для изготовления отражателей в резонаторах лазерных гироскопов. Даженебольшие неровности в виде царапин, оставшиеся на его поверхности послеполировки, приводят к рассеянию излучения и снижению эффективностиработы системы.Всего исследовались три образца ситалла, которые облучались различнымидозами кластерных ионов аргона с энергией 10 кэВ.
Рельеф образцов дообработки представлял собой совокупность царапин, оставшихся после химикомеханической полировки, и хаотических выступов, являющихся кристаллитами,19выходящими на поверхность. Применяя преобразование Радона, можновыделить эти составляющие. Линейно-структурированные дефекты до и послеоблучения, выделенные таким образом, показаны на рис. 8. Можно отметитьзначительное уменьшение их амплитуды.Рис. 8. Выделенные из АСМ изображения линейно-структурированные дефекты наповерхности ситалла до и после обработки кластерными ионами.Параметры рельефа до и после облучения, а также условия облучения,показаны в таблице 2. Во всех случаях произошло уменьшение какхаотического рельефа, так и линейно-структурированных дефектов. Точноустановить влияние дозы облучения на изменение рельефа затруднительно,поскольку исходные значений неровностей образцов отличаются.до облученияДозаоблученияОстаточныйрельефОстаточныйхаотическийрельефЛинейноструктурированныедефектыD, 1016 см-2σхр+лсд, нмσхр, нмσлсд, нм50.840,700.470.450.310.321,161,050,500.500,360,361,090,970,510,670,450,49после облучениядо облучения2после облучениядо облученияпосле облучения10Табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
