Монокристаллы, ионное распыление

Появление каждой из упомянутых теорий было вызвано необходимостью объяснить, как изменяется коэффициент распыления с изменением энергии падающих ионов и направления, в котором проводится бомбардировка, однако эти теории не в состоянии обнаружить причины образования картины осадка распыленного материала при ионном распылении монокристаллов, о которой говорилось выше. [c.394]

Помимо получения тонких пленок путем термического испарения в вакууме, катодного и ионно-плазменного распыления, все шире применяются различные термохимические процессы ориентированного нарастания вещества на кристаллической поверхности (эпитаксия) или на своем монокристалле (автоэпитаксия). [c.27]

Рис. 7.4. Зависимость отношений йМЦЕ сигналов Оже-электронов кислород/титан и барий/титан от времени ионного распыления (или толщины распыленного слоя) для разных слоев эпитаксиальной пленки ВаНОз на 51Т Оз / — поверхностный // — основной /// — область подложки 5гТ10з- Эталонные значения отношений (монокристалл ВаТ10з) 0/Т1 = 2,8 0,1, Ba/Ti=0,46 0,02.

Интересный эффект травления в результате ионного облучения поли-кристаллической мишени обнаружен еще в 1912 г. Штарком и Вендтом [17]. Результаты их работы убедительно свидетельствуют о том, что коэффициент распыления должен зависеть от ориентации кристалла. Первые исследования распыления монокристаллов были проведены лишь 30 лет спустя. В 1955 г. Венер [18] обнаружил довольно неожиданное явление, связанное с ионным распылением монокристаллов. Он установил, что при ион -ном распылении атомы испускаются преимущественно вдоль направлений плотной упаковки кристаллической решетки. При вакуумной сублимации монокристаллов ничего подобного не наблюдалось. С этого времени изучение закономерностей преимущественной эмиссии атомов при ионном распылении монокристаллов стало предметом многих экспериментальных и теоретических исследований. Флуит [19], облучая монокристаллы пучком ионов под различными углами падения, обнаружил, что кривая зависимости коэффициента распыления монокристалла от угла падения ионов имеет максимумы и. минимумы, причем минимумам коэффициента распыления соответствуют такие направления пучка относительно кристалла, вдоль которых модель кристаллической решетки имеет наибольшую прозрачность и по которым ионы могут наиболее глубоко проникать в глубь кристалла. Ал.мен и Брюс [20, 21], исследуя различные комбинации бомбардирующий ион—металл мишени, обнаружили прямую связь между коэффициентом распыления и количеством ионов, накопившихся в мишени. Большим коэффициентам распыления всегда соответствовала низкая эффективность внедрения и наоборот. [c.358]

Объяснить ионное распыление на основе теории радиационных разрушений впервые попытался Кейвелл [26]. Моделирование процессов столкновения на ЭВМ первыми ввели Гибсон с сотрудниками [27]. Картины осадка (системы напыленных пятен, характеризующие преимущественные направ ления испускания распыленных атомов), наблюдавшиеся при ионном распылении монокристаллов, интерпретировались как прямое доказательство фокусировки при столкновениях в цепочке атомов. Однако отчетливые картины осадка были получены даже для кристаллических решеток, в ко торых невозможна фокусировка при столкновениях (Се, 51), или в гексагональной плотно упакованной решетке в направлениях, построенных из зигзагов. Подобные картины были получены даже для энергий ионов при которых в цепочке столкновений не могло участвовать более двух или трех атомов решетки. Все эти факты ускорили пересмотр представлений касающихся механизма ионного распыления. Гаррисон с сотрудниками [28] а также Леманн и Зигмунд [29] пришли к выводу, что в ионное распыление фокусирующие цепочки вносят очень малый вклад Ионное распыление является в основном результатом столкновений, происходящих вблизи по верхности, и картину осадка можно объяснить, рассматривая столкновения только в трех приповерхностных атомных слоях. Гаррисон считает, что со временные вычислительные машины не обладают необходимыми емкосты памяти и быстродействием, чтобы полностью смоделировать процесс ион ного распыления. В настоящее время наиболее исчерпывающее теоретическое исследование процесса ионного распыления провел Зигмунд [ЗО]. [c.359]

В следующем разделе будут представлены данные по коэффициентам распыления для очень низких энергий ионов (пороговых энергий распыления). Для энергий распыления выше пороговой с увеличением энергии нонов коэффициент распыления растет сначала экспоненциально, потом линейно, затем сублинейно и имеет пологий максимум при дальнейшем увеличении энергии ионов коэффициент распыления уменьшается. Типичные кривые для поликристаллической меди, облучаемой ионами аргона, приведены на рис. 2. Большие расхождения данных у различных исследователей обусловлены различием в преимущественной ориентации кристаллитов в поликристаллических образцах. Исследования ионного распыления монокристаллов показали, что коэффициенты распыления, особенно при высоких энергиях ионов, сильно зависят от ориентации кристалла относительно пучка ионов [19]. Ионы проникают в решетку мишени наиболее глубоко тогда, когда направление пучка соответствует меньшей плотности проекций узлов кристаллической решетки на плоскость, перпендикулярну19 данному направлению. В результате увеличения глубины проникновения ионов эффективность их захвата решеткой возрастает, а коэффициент распыления — уменьшается [20, 21]. [c.372]

С точки зрения теории процессов ионного распыления исследования углового распределения эмиттированных частиц, выполненные на поли-кристаллическом материале, значительно менее интересны, чем подобные исследования на монокристаллах. О них пойдет речь в следуюш,ем разделе. С практической точки зрения не будет большой ошибкой предположить косинусное распределение распыленного материала. Изменения в характере получаемого на практике распределения обычно будут сильно зависеть от выбранных мишеней. Например, листовой материал или фольга получаются обычно прокаткой и имеют преимущественную ориентацик . Это может оказаться главным фактором, определяющим угловое распределение распыляемого материала. Кроме того, топография поверхности, которая может изменяться за время использования мишени, также чаете является важным фактором, влияющим на получаемый результат. [c.385]

Для теоретического описания механизма ионного распыления весьма важным является знание пространственного распределения атомов, испускаемых при ионном распылении монокристаллов. Ранние теории ионного распылення молено разделить на два типа, в основе которых лежат два главных механизма распыления механизм передачи импульса и механизм термического испарения из точек перегрева. На протяжении почти двадцати лет распределение распыленного материала по закону косинуса, установленное Зеелигером и Зоммермейером [81], служило общепризнанным доказательством справедливости механизма термического испарения. В 1954 г. Венер [16] исследовал угловое распределение эмиттированных атомов при облучении мишени ионами малых энергий. Было обнаружено, что в случае наклонного падения ионов материал распылялся преимущественно в прямом направлении, отличающемся от нормали к поверхности мишени. Этот результат противоречит механизму термического испарения. Вскоре после этой работы Венер [18] провел еще одно исследование, которым подтвердил, что распыление материала ионами низких энергий фактически является следствием передачи импульса. Он распылял монокристаллические вольфрамовые шарики ионами ртути с энергией 150 эВ и обнаружил, что атомы вольфрама испускались преимущественно в определенных кристаллографических направлениях. Такие избранные направления не проявились при сублимации монокристалла [87]. [c.385]

Еще более простая модель была постул рована в работе Рола и др. [134]. Они предположили, что распыление атомов происходит в результате только первого столкновения падающего иона. Все же последующие столкновения происходят уже на такой глубине в мишени, что не приводят к актам распыления. Коэффициент распыления полагался пропорциональным энергии, переданной при первом столкновении и обратно пропорциональным величине, которую они назвали длиной свободного пробега. Фактически это параметр, введенный для учета энергетической зависимости среднего пути, проходимого в мишени налетающим ионом до его первого столкновения. В результате получалась сублинейная зависимость коэффициента распыления от энергии падающих ионов, что, вообще говоря, согласуется с экспериментальными данными для определенного диапазона энергий. Эта теория дает также качественное объяснение зависимости коэффициента распыления монокристаллов от направления падения ионов относительно кристаллографических осей [135—138. Коэффициент распылення монокристалла ионами с энергией порядка 10 эВ имеет минимум для тех кристаллографических направлений, в которых кристаллическая решетка имеет максимальную прозрачность, т. е. когда ионы, падающие в этих направлениях, будут, двигаясь вдоль каналов, иметь необычайно большие длины пробега. Коэффициент распыления имеет максимум для тех направ- [c.393]

Эти теоретические выводы недавно объяснил Зигмунд [158]. Используя методы теории переноса, он рассмотрел модель мишени с неупорядоченной структурой и плоской поверхностью. Как уже отмечалось, имеются данные о том, что процессы сфокусированных столкновений важны только для вторичных эффектов, и в первом приближении ими можно пренебречь [155]. Для обоснования этого приводятся факты отсутствия значительной температурной зависимости коэффициента распыления и относительно слабой связи коэффициента распыления монокристаллов и преимущественного выброса распыляемого материала в определенных направлениях [159—161]. Гурмин и др. [162] получили новые данные, свидетельствующие о малой роли фокусировки в ионном распылении, установив, что коэффициенты распыления Zn и Zr несильно различаются между собой при энергиях вплоть до 17 кэВ. Зигмунд использовал интегродифференциальное уравнение больцмановского типа, степенную аппроксимацию сечения Томаса — Ферми и случай плоского потенциального барьера. Он получил следующее выражение для коэффициента распыления плоской мишени [c.396]

Следует сделать также несколько замечаний о роли температуры подложки. Существует довольно много даняы.х о том, что на структуру пленок, получаемых ионным распылением, температура влияет так же сильно, как и на структуру пленок, получаемых испарением. Однако для этих двух методов осаждения механизмы проявления такого влияния температуры могут существенно различаться. Как мы уже видели, пленки, получаемые ионным распылением, обычно бомбардируются ионами и (или) быстрыми нейтральными атомами. В результате такой бомбардировки, вероятно, будет происходить разрушение поверхностного слоя пленки, в основном путем образования точечных дефектов. Для растущей пленки даже сравнительно низкой температуры достаточно для того, чтобы отжигать эти дефекты так же быстро, как они и создаются. Огилви и Томпсон [39] исследовали раэупорядочение поверхности монокристаллов серебра в результате бомбардировки ее ионами аргона, в зависимости от температуры. Результаты работы показали, что раэупорядочение существенно зависит от температуры, при которой производится бомбардировка. [c.420]

Бомбардирующие ионы В. На опыте изменяют т, q, Е, Ф скорость удаления с поверхности В /А. Определяют пороговую энергию Ео- Распыленные частицы S. Определяют Ы, Q, распределение по Е, распределение по 6, выход=13/В. Поверхность. Монокристалл с известной ориентацией и температурой, исследуется до распыления и после йего. Требования. 1. Вклад фоновых нейтральных частиц пренебрежимо мал (N/A B+/A). 2. Газ, из которого образуются бомбардирующие ионы а) инертный и очень чистый б) давление газа велико, чтобы получать высокие значения В /А в) давление газа мало, чтобы обеспечить большую длину свободного пробега. 3. Применение детектора с высокой чувствительностью. [c.164]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология