Диссертация (1104349), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В целом, в образовании рельефа участвуют оба механизма, причемдоминирование одного из них определяется условиями облучения (Рис. 1.15),[74].37Рис.1.15.Cu(001)/Au(001).ФазоваяРежимдиаграммаформированиянастабильностирельефаБрэдли-Харпера–наповерхностяхориентациярельефаопределяется ориентацией пучка. Режим нестабильности Эрлиха-Швёбеля – ориентациярельефа определяется кристаллической структурой. Кинетическое огрубление [75] –доминирует ионно-стимулированная поверхностная диффузия.При распылении двухкомпонентных сплавов в образовании рельефапроявляютсяэффекты,связанныесселективнымраспылениемиформированием поверхностных слоев с составом, отличающимся от объемного.Так, в [76] было показано, что при облучении InSb ионами Ga или благородныхгазов с энергией в несколько кэВ на изначально ровной поверхности при дозеоблучения 5·1016 см-1 формируются островки индия.
Затем при увеличениидозы до 2,8·1017 см-1 эти островки развиваются в систему «колонн».Таким образом, пучки атомарных ионов могут служить инструментомформирования на поверхности нанорельефа с заданными параметрами.1.2.3. Взаимодействие кластерных ионов с поверхностью.Взаимодействие кластерного иона с поверхностью твердого телакардинально отличается от случая атомного иона, прежде всего тем, что38несколько сотен или тысяч атомов кластера одновременно взаимодействуютс таким же количеством атомов мишени.
Формируется плотный нелинейныйкаскадатомныхстолкновений,вобластисуществованиякоторогозначительная часть атомов находится в движении. Как показываютрезультаты моделирования методами молекулярной динамики, давление итемпература в области столкновения могут достигать значений 10 Мбар и105 К, соответственно [77]. Понятно, что такой процесс уже не будетлинейным, то есть кластер, состоящий из n атомов, не даст такой же эффект,как n отдельных атомов той же энергии.Такимобразом,механизмы,ответственныезахарактеристикивзаимодействия кластерных ионов с твердыми телами, существеннымобразом отличаются от механизмов взаимодействия с поверхностьюатомарных ионов. Это сказывается, в том числе, на зависимостяхкоэффициента распыления кластерными ионами от параметров иона имишени.Зависимость коэффициента распыления кремния и пленки золота отразмера кластеров аргона с энергией 20 кэВ по данным работы [78]представленанарис.
1.16.Вычислениекоэффициентараспыленияпроводилось по известной дозе облучения и количеству удаленного веществамишени, определяемому с помощью профилометра. В данной работе размеркластеровзадавалсяизменениемусловийионизации,чтоозначаетдостаточно широкое распределение кластеров по массам. Кроме того, неуказаны параметры мишеней – такие, как начальная шероховатость итолщина пленки, - которые могли повлиять на измеренные значениякоэффициентараспыления.Изрисункавидно,чтокоэффициентыраспыления кремния и золота кластерами достигают значения 25 и 43,соответственно. Для сравнения приведем приблизительные максимальныезначения для распыления мономерами аргона: 2 при энергии 40 кэВ длякремния и 15 при энергии 50 кэВ для золота.39Рис. 1.16.
Зависимость коэффициента распыления кремния и пленки золота отразмера кластеров аргона с энергией 20 кэВ, [78].В работе [79] масс-селекция кластеров производилась с помощьюсекторного магнита, что позволило получить более узкое распределениекластеров по массам.Результаты измерения коэффициента распылениязолота в зависимости от массы кластеров аргона с энергиями 10 и 20 кэВотражены на рис. 1.17 (а).
Графики позволяют предположить наличиенекоторого максимума в области размеров кластеров вблизи 1000 атомов.Действительно, с одной стороны, коэффициент распыления кластерамиданных размеров выше, чем коэффициент распыления мономерами тех жеэнергий. С другой стороны, при увеличении размера кластера уменьшаетсяэнергия, приходящаяся на атом кластера, поэтому при увеличении размеракластераможноожидатьуменьшениякоэффициентараспыления.Следовательно, максимум коэффициента распыления в зависимости отразмеракластераопределяетсясоотношениеммеждупроявлениемнелинейности в распылении и значением энергии атома в кластере.40Рис. 1.17. Коэффициенты распыления золота кластерами аргона различных размерови зависимость коэффициента распыления в пересчете на составляющий атом от энергии,приходящейся на атом.
Отмечены также значения для мономеров аргона [79].Коэффициент распыления пленки золота кластерами аргона различныхразмеров определялся также в работе [80]. Угол падения кластеров составлял45° от нормали. Толщина пленки золота составляла 30 нм. Коэффициентраспыления определялся на основе измерений вторичной ионной массспектрометрии (ВИМС), проводимых одновременно с распылением. Из рис.1.18. видно, что результаты качественно согласуются с результатами [79].Значение коэффициента распыления также уменьшается при увеличенииразмера кластеров от значений 100-1000 атомов на кластер, а зависимостькоэффициента распыления в пересчете на составляющий атом от энергии,приходящейся на атом, близка к линейной.
На рис. 1.18 (а) также отмеченызначения коэффициента распыления, вычисленные по теории тепловыхпиков и являющиеся правдоподобной экстраполяцией экспериментальныхданных в область малых размеров кластеров.Тем не менее, в работеподчеркивается, что указанная теория рассматривает испарение веществавдоль достаточного длинного трека иона. Поэтому ее применение к малымзначениям энергии атома в кластере, при которых пробеги бомбардирующихчастиц невелики, не может быть обосновано.41Рис.
1.18. Коэффициенты распыления золота кластерами аргона различных размерови зависимость коэффициента распыления в пересчете на составляющий атом от энергии,приходящейся на атом. [80]Отличие механизмов распыления кластерами от механизмов распыленияатомарнымиионамипроявляютсяивзависимостяхкоэффициентараспыления от угла падения иона. Как известно, в случае атомарных ионовпри увеличении угла падения от нормали коэффициент распыленияувеличивается обратно пропорционально косинусу угла падения до значенийугла приблизительно 70°, а затем происходит резкий спад значениякоэффициента распыления [51].
Возрастание коэффициента распыленияобусловленоувеличениемколичестваэнергиипадающегоиона,выделяющейся в приповерхностной области. При дальнейшем увеличенииугла падения происходит частичное отражение иона от поверхности, чтоприводит к уменьшению коэффициента распыления.Как было обнаружено в работе [81], в случае кластерных ионовкоэффициент распыления уменьшается пропорционально косинусу угла приувеличении угла падения (рис.
1.19). Авторы связывают такое поведение сплотностью выделяемой на поверхности мишени энергии, которая такжеуменьшается пропорционально косинусу угла падения кластерного иона.42Рис. 1.19. Зависимость коэффициентов распыления кластерными ионами имономерами от угла падения.Угловые распределения вещества, распыленного мономерами, согласноформуле (1.12), имеют косинусный характер.
Это значит, что наибольшаячасть распыленных в элемент телесного угла атомов летит вдоль нормали отповерхности. В случае бомбардировки кластерными ионами характеруглового распределение кардинально меняется [82]. На рис. 1.20 показаназависимость коэффициента распыления от угла вылета при бомбардировкемеди кластерами аргона. Для сравнения там же приведена аналогичнаязависимость для случая бомбардировки атомарными ионами аргона. Видно,что при бомбардировке кластерами наибольшая часть распыленноговещества вылетает пол большими углами от нормали. Такое поведениеполучило название латерального распыления. Известно, что для атомарныхионовнизкихэнергийвозможноформированиеаналогичногоподкосинусного углового распределения.
Оно происходит из-за того, чтокаскад столкновений, образующийся в мишени, является недостаточноразвитым, и не происходит создания достаточно большого количества ионовс импульсом, противоположным первоначальному импульсу упавшего иона.43Рис. 1.20. Зависимость коэффициента распыления от угла вылета при бомбардировкемеди кластерами аргона и мономерами аргона [82].Очевидно,чтодлякластерныхионовформированиеугловогораспределения обусловлено другими процессами. В рассматриваемой работепредполагается, что при ударе кластера о поверхность его энергия передаетсямишени изотропно и формируется кратер, причем атомы, лежащие награницах кратера, получают импульс вдоль поверхности, достаточный дляих распыления.
Атомы же в глубине кратера не получают импульса внаправлении от мишени, в результате чего распыление вдоль нормали нестоль ярко выражено.Латеральный характер углового распределения при бомбардировкекластерами подтверждается результатами компьютерного моделирования[83], рис. 1.21.Рис. 1.21. Результаты компьютерного моделирования углового распределениявещества, распыленного кластерными ионами Ar736 с энергией 20 кэВ [83].44При отклонении угла падения кластерных ионов от нормали угловоераспределения изменяется, причем изменения происходят даже принебольшом отклонении (<10°).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
