Диссертация (1104349), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Кроме того, в облученной области видныямки травления, отсутствующие в необлученной области. Как известно,появление ямок травления определяется кристаллической структуройповерхности вещества. Таким образом, можно предположить, что приоблучении кластерными ионами в данных условиях поверхности алмаза неаморфизируется.
Напомним, что в работе [92] отмечалась аморфизацияповерхности алмазоподобной пленки под действием пучка кластерных ионоваргона, для устранения которой предлагалось дополнительно облучатьпленку малой дозой низкоэнергетичных кластеров кислорода. Аморфизация,наблюдавшаяся в указанной работе, объяснятся плохой селекцией пучкачастиц по массам, не обеспечивавшей полное удаление мономеров из пучка.Кроме того, энергия связи атома на поверхности алмазоподобных пленоксущественно ниже, чем энергия связи атома на поверхности природногоалмаза [110]. Это также может приводить к увеличению аморфизации.Изображения шлифованного алмаза до и после облучения кластернымиионами показаны на рис.
5.5 внизу. До облучения на поверхности видныцарапины.Темный прямоугольникв серединепервого изображенияобразовался из-за зарядки поверхности при получении изображения врастровомэлектронноммикроскопеинеявляетсяособенностьюповерхности. На изображении поверхности после облучения царапиныотсутствуют.106Рис. 5.5. РЭМ изображения поверхности алмаза. Сверху: граница облученнойобласти нешлифованного алмаза. Внизу: шлифованный алмаз до и после облучениякластерными ионамиВторым диэлектриком, подвергнутым бомбардировке кластернымиионами,являетсяситалл.Ситаллыпредставляютсобойстеклокристаллический материал, состоящий из одной или несколькихкристаллических фаз, равномерно распределенных в стекловидной фазе.
Онихарактеризуютсявысокойтвердостьюижаропрочностью.Ситаллыиспользуются, в том числе, для изготовления отражателей в резонаторахлазерных гироскопов. Поэтому даже небольшие неровности в виде царапин,оставшиеся на его поверхности после полировке, приводят к рассеяниюизлучения и снижению эффективности работы системы.107Всегоисследовалисьтриобразцаситалла,которыеоблучалисьразличными дозами кластерных ионов аргона с энергией 10 кэВ.
До и послеобработки кластерными ионами снимались АСМ изображения. Рельефобразцовдообработкипредставляетсобойсовокупностьцарапин,оставшихся после химико-механической полировки, и хаотических выступов,являющихсякристаллитами,выходящиминаповерхность.Применяяпреобразование Радона, можно выделить эти составляющие. Линейноструктурированные дефекты до и после облучения, выделенные такимобразом, показаны на рис. 5.6. Можно отметить значительное их снижение.Рис. 5.6. Выделенные из АСМ изображения линейно-структурированные дефекты наповерхности ситалла (образец 1073) до и после обработки кластерными ионами.Параметры рельефа до и после облучения, а также условия облучения,показаны в таблице 5.1.
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.Тем не менее, можно отметить, что образец 1073 имеет наименьшиезначения остаточного рельефа. Образец 0989, облученный наибольшей дозойкластеров, имеет наибольшие значения рельефа. Поскольку растравливаниеповерхностиобразцаприувеличениидозымаловероятно,можнопредположить, что относительно большие значения неровностей в случае108последнего образца вызваны недостаточной компенсацией заряда кластерныхионов.Образец1073 доДозаоблученияОстаточныйрельфОстаточныйхаотическийрельефЛинейноструктурированныедефектыD, 1016 см-2σхр+лсд, нмσхр, нмσлсд, нм50.840,700.470.450.310.321,161,050,500.500,360,361,090,970,510,670,450,491073 после0982 до20982 после0989 до100989 послеТабл.
5.1. Параметры рельефа ситалла до и после облучения, а также условияоблучения.Кроме того, атомно-силовые изображения подвергались преобразованиюФурье. Представляет интерес диапазон пространственных частот 0,1 –10 мкм,соответствующийособенностямрельефаданныхобразцов.Рассчитанная спектральная плотность в указанном диапазоне показана нарис. 5.7. Во всех трех случаях эта величина уменьшилась в 5 – 10 раз на всехчастотах диапазона. Таким образом, кластерные ионы могут применяться длясглаживания поверхности ситалла с точностью, превосходящей возможностииспользующейся в производстве химико-механической полировки.109Рис. 5.7.
Спектральные плотности неровностей рельефа образцов ситалла.1104.5. Выводы по главе 5. Продемонстрированавозможностьшлифовкикластернымиионами металлов, полупроводников и диэлектриков простого исложного состава. Длянаиболееэффективнойшлифовкиданноговеществанеобходим индивидуальный выбор энергии и дозы облучения, атакже размеров и состава кластерных ионов. При облучении кластерными ионами происходит уменьшениевысотыкаклинейно-структурированныхдефектов,такиотдельных выступов. В частности, в случае ситалла остаточныйрельеф может быть уменьшен до значений RMS 0,45.111Заключение. Получены зависимости длительности кластерного импульса отдавления рабочего газа для различных газов (N2, Ar, Xe). Показано,что длительность кластерного импульса до 10 раз превосходитпродолжительность подачи рабочего газа, при этом для болеетяжелых газов длительность выше, чем для легких. Разработана методикаформированияразряда,визуализации потока газагазовых кластеров спозволяющаяв условияхиспользованиемгазовогооптимизировать систему формированиякластеров. Получены пучки кластерных ионов с током кластеров до 2 мкА иэнергией 1-10 кэВ.
С помощью методики времяпролетной массспектрометрии показано, что в рабочем режиме ускорителя в пучкахионов неона кластеры отсутствуют; при использовании в качестверабочего газа азота формируются кластеры с размерами около 100атомов на элементарный заряд; в пучках кластеров аргона и ксенонаприсутствуют частицы с размерами до 5000 атомов на элементарныйзаряд. Получены угловые распределения распыленного при бомбардировкевещества.Показано,чтохарактеругловогораспределенияопределяется упругими свойствами мишени.
Для мишеней изматериала с большим модулем упругости (например, молибден),распыление вдоль нормали более выражено по сравнению сматериалами,обладающимименьшиммодулемупругости(например, медь, индий). Обнаружена нестехиометричность составараспыленноговеществапоугламвылетаприоблучениикластерными ионами многокомпонентной мишени.
При большихуглах эмиссии (>70°) доминируют тяжелые атомы мишени, при112малых углах (<50°) – легкие атомы вне зависимости от соотношенияэнергий связи атомов мишени. Продемонстрированавозможностьсглаживаниядиэлектриков,полупроводников и металлов кластерными ионами до уровняшероховатости менее 0,5 нм.113Список литературы.1.A. Kantrowitz, J. Grey. A High Intensity Source for the Molecular Beam. PartI. Theoretical.
// Rev. Sci. Instrum. – 1951. – Vol. 22, Number 5. – Pp. 328332.2.G. B. Kistiakowsky, W. P. Slichter. A High Intensity Source for the MolecularBeam. Part II. Experimental. // Rev. Sci. Instrum. – 1951. – Vol. 22, Number 5.– Pp. 333-337.3.E.W. Becker, K. Bier, W. Henkes. Condensed Atomic and Molecular Beam inHighvacuum. //Z. Phys. – 1956.
– Vol. 146. – Pp. 333-342.4.P. G. Bentley. Polymers of Carbon Dioxide. // Nature. – 1961. – Vol. 190. –Pp. 432-433.5.Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теоретическая физика. Т.6. Гидродинамика.//Москва, 2000. – 732 с.6.Л.И. Седов. Механика сплошной среды. Т.2. // М.: Наука, 1970. – 568 с.7.O. Hagena in: P.W. Wegner (Ed), Molecular beams and Low Density GasDynamics. // Marcel Dekker, New York, 1974.
Chapter 2, p.938.Б. М. Смирнов. Процессы с участием малых частиц в возбужденном илиионизованном газе. – М.: Логос, 2012. - 191 с.9.I.M. Goldby. Dynamics of Molecules and Clusters at Surfaces. Ph. D.Dissertation. // Cambridge, 1996, 123 p.10.I. Yamada, J. Matsuo, N. Toyoda, T. Aoki, E. Jones, Z. Insepov. Non-linearprocesses in the gas cluster ion beam modification of solid surfaces. // Mater.Sci.
Eng. – 1998. – A253. – Pp. 249-257.11.А.Ю. Карпенко, В.А. Батурин. Источники кластерного пучка. Часть 2.Формирование кластерных пучков в сопловых источниках. // Журнал114нано- та електронної фізики – 2012. – № 4, Том 4. – Сс. 04015-1 – 0401515.12.O.F. Hagena. Nucleation and Growth of Clusters in Expanding Nozzle Flows.// Surf. Sci. – 1981. – Vol. 106.
– Pp. 101-116.13.O.F. Hagena, W. Obert. Cluster Formation in Expanding Supersonic Jets:Effect of Pressure, Temperature, Nozzle Size, and Test Gas. // J. Chem. Phys.– 1972. – Vol. 56, Number 5. – Pp. 1793-1802.14.O.F. Hagena. Cluster ion sources (invited). // - Rev. Sci.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
