Диссертация (1104349), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Распыление в этом случае происходитпреимущественно в направлении вдоль падения кластеров (рис. 1.22).Действительно, формирование латерального распределения при нормальномпадении обусловлено эффективной передачей импульса вдоль поверхностиатомам на границу области взаимодействия и затрудненным формированиемимпульса в обратном направлении.
При падении под другими угламиимпульс вдоль направления движения кластера столь же эффективнопередается, а формирование импульса в направлении, противоположномнаправлению падения кластера, затруднено.Рис. 1.22. Угловые распределения распыленного вещества при наклонном падениикластеров [82].Данные об угловых распределениях позволяют рассматривать механизмпланаризацииоблучаемойповерхности,связанныйслатеральнымраспылением вещества. Вещество, распыленное из впадин под большими45углами, встречает на своем пути склоны холмов, которые препятствуютвылету распыленного вещества из мишени. При ударе кластера о склонхолма эффективный угол падения отличается от нормального.
Веществораспыляется преимущественно в направлении впадины, где и остается.Наконец, при ударе кластера о вершину холма эффективный угол паденияблизок к нормальному, коэффициент распыления при таком угле падениямаксимальный, что означает, что вершины холмов распыляются значительнобыстрее, чем склоны. Процесс сглаживания поверхности схематичнопредставлен на рис. 1.23.Рис. 1.23. Сглаживание поверхности при облучении кластерными ионами, [84].На сегодняшний день планаризация поверхности является одной изнаиболее востребованных областей применения кластерных ионов. Влитературеописанапланаризациягазовымикластернымиионамиповерхности различных веществ – металлов [85, 86], полупроводниковпростогоисложногосостава[87-90],диэлектриков[91-93],сверхпроводников [94] и магнитных материалов [95, 96].46До настоящего момента говорилось о физическом распылении мишеникластерными ионами.
Однако в зависимости от вещества мишени и вещества,составляющего кластеры, может происходить химическое распылениемишени.На рис. 1.24 представлено сравнение угловых распределений вольфрама,и золота, распыленных кластерными ионами (SF6)n. Золото не реагирует смолекулами кластера, и в этом случае угловое распределение оказываетсялатеральным, как и на рис. 1.20.
В случае же вольфрама возможнообразование летучих соединений WFx, которые затем испаряются из мишени.Тем не менее, угловое распределение отличается от косинусного, котороеполучалось бы в результате только испарения, увеличенным выходомвещества под большими углами. Это говорит о том, что наряду с химическимраспылением происходит и физическое. Создаваемое при этом латеральноеугловое распределение обуславливает увеличение общего выхода подбольшими углами.Такойвыводподтверждаетугловаязависимостьраспыленноговещества, полученная при изменении угла падения кластерных ионов отнормального до 10° от нормали (рис.
1.24, б). Распределение атомов золотазначительноизменилось: большаячастьатомовраспылиласьвдольнаправления падения. Распределение атомов вольфрама аналогичнымобразом изменилось при больших углах, распыление под которымиопределяется физическим распылением. Остальная часть распределенияобусловлена химическим распылением, не столь чувствительным к углупадения иона, и изменилась слабо.47Рис. 1.24. Угловые распределения распыленного вещества при облучении вольфрамаи золота кластерами (SF6)n при нормальном угле падения (а) и угле падения 10° (б) [97].Отличие механизмов физического и химического распыления приводитк отличию коэффициентов распыления. На рис. 1.25 сравниваются значениякоэффициентов распыления различных веществ при распылении химическинеактивными мономерами и кластерами аргона, а также химическиактивными кластерами SF6.
За счет химического механизма распылениякоэффициентыраспылениякластерамиSF6значительнопревосходяткоэффициенты распыления тех же веществ кластерами аргона.Рис. 1.25. Коэффициенты распыления мономерами и кластерами аргона, а такжекластерами SF6 при энергии 20 кэВ [97].48Как и в случае химической и химико-механической планаризации,характеристики процесса распыления, такие как коэффициент распыления иформирующийся рельеф поверхности, зависят от вещества кластеров ивещества мишени.
В качестве материала для химически активных кластеров,кроме SF6 используются Cl2, O2, CH3COOH и др [98-102]. На рис. 1.26приведеныпримерыкоффициентовраспыленияразличныхвеществкластерными ионами различного состава.Рис. 1.26. Коэффициенты распыления химически активными кластерными ионами[98, 99].Процессы распыления кластерными ионами определяются не толькохарактеристиками кластеров, но и характеристиками мишени, такими какмасса и энергия связи составляющих ее атомов, состояние поверхности.Зависимость коэффициента распыления от атомного номера материаламишени немонотонна, как и в случае распыления атомарными ионами (рис.1.27) [103]. Это вызвано немонотонностью энергии связи атома мишени.Понятно, что вещество с большей энергией связи атома будет распылятьсясложнее.
Однако влияние массы атома мишени на процесс распылениякластерными ионами не установлено.49Рис. 1.27. Cравнение коэффициентов распыления различных веществ кластерами имономерами аргона [103].Важноотметить,энергетическихчтопороговвпоследнейкоэффициентаработеполученыраспылениямедизначенияисеребракластерами Ar3000 20 кэВ, равные приблизительно 6 эВ.
Эта величиназначительно меньше, чем энергетический порог при распылении мономерамиаргона той же энергии. Такое поведение вызвано нелинейностью процессов,возникающих при бомбардировке мишени кластерами.Влияние рельефа поверхности, как начального, так и развивающегосяпод действием облучения, на коэффициент распыления исследовано в [104].Мишени, покрытые пленкой SiO2, облучались кластерами аргона с энергией20 кэВ. Согласно рис. 1.18, коэффициент распыления должен уменьшаться сувеличением угла падения кластеров.
Однако как следует из рис. 1.28, такогоуменьшения не происходит. Кроме того, для некоторых углов падениякоэффициент распыления сильно зависит от дозы облучения. Авторысвязывают такое поведение с особенностями рельефа, возникающего наповерхности мишени.50Рис. 1.28. Коэффициенты распыления кластерами аргона пленки SiO2.
Указанысредний размер шероховатости, дозы и углы падения кластерного пучка на подложку[104].За счет возникновения рельефа меняется локальный угол падениякластера, что приводит к изменению коэффициента распыления. В целом, вработе сделан вывод о необходимости создания модели, описывающейраспыление вещества кластерными ионами, в частности, формированиерельефа на поверхности мишени под действием облучения кластерами.Отличие от зависимостей, предсказываемых рис 1.19, можно объяснитьи тем, что рис.
1.19 относится к экспериментам по распылениюметаллических мишеней. Обобщение этих результатов на другие мишени,такие как SiO2, вообще говоря, не имеет под собой основания.В целом, говоря об экспериментах по взаимодействию кластерных ионовс поверхностью, можно сделать вывод о том, что экспериментальные данныеразрозненныичастопротиворечивы.Отсутствуютсистематическиеисследования процессов, происходящих при бомбардировке поверхностиускоренными кластерными ионами. В частности, в обзорах, посвященныхвзаимодействию кластерных ионов с поверхностью, утверждается, чтоугловое распределение распыленного вещества всегда имеет латеральныйхарактер.Однакотакоемнениеоснованотольконарезультатах51компьютерного моделирования [83] и экспериментов по распылению меди изолота [82, 97]. Наконец, закономерности распыления многокомпонентныхмишеней в литературе не описаны.1.3.
Выводы по главе 1.При расширении потока газа через сопло формируется некотороераспределение кластеров по размерам, которое затем может меняться припрохождении частиц через скиммер, ионизации и ускорении, а так же припрохождении пучка через остаточный газ. При этом в пучке частиц могутприсутствовать кластеры, содержащие от нескольких атомов до несколькихдесятков тысяч атомов.При описании структуры сверхзвуковой газовой струи в условиях,необходимых для формирования кластерных ионов, авторы используютрезультаты исследований для звукового сопла, что не совсем корректно.Взаимодействие кластерных ионов с поверхностью существеннымобразом отличается от взаимодействия атомарных и молекулярных ионов споверхностью.
В частности, отличаются механизмы выделения энергии,пробеги атомов в веществе, коэффициенты распыления и характеристикираспыленного вещества.Пучки ускоренных кластерных ионов уже нашли широкое применение внаучных и промышленных задачах, однако процессы их взаимодействия ствердыми тела во многом остаются неизученными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
