Особенности вторичной эмиссии заряженных и нейтральных частиц из металлов и полупроводников. Квантовый и синергический эффекты.НИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Особенности вторичной эмиссии заряженных и нейтральных частиц из металлов и полупроводников. Квантовый и синергический эффекты.
Результаты этапа: 1. Проведены экспериментальные исследования и компьютерное моделирование вторичной ионной эмиссии с поверхности (0001) монокристалла сапфира под действием ионов аргона с энергией 1 и 10 кэВ при нормальном и наклонном падении ионов. Получены энергетические спектры обоих компонент - ионов O+ и Al+ для различных полярных и азимутальных углов выхода ионов. Обнаружено, что энергетические спектры обоих компонент имеют два максимума интенсивности. Первый максимум интенсивности выхода кислорода (низкоэн ергетический) соответствует энергии распыленных атомов около 10-15 эВ и может быть объяснен каскадным механизмом распыления. Проведенные с использованием гамильтониана Андерса-Ньюнса расчеты перезарядки распыленных атомов кислорода позволяют объяснить наличие второго высокоэнергетического максимума (45-55 эВ) электронным обменом между отлетающей частицей и поверхностью сапфира. 2. Экспериментально и путем молекулярно динамического моделирования исследовано распыление грани (0001) монокристалла сапфира (Al2O3), облучаемой ионами аргона с энергией 10 кэВ при нормальном падении. Получены картины пространственного распределения распыленных частиц (картины осадка), как для ненарушенной поверхности грани, так и после длительного ее облучения. Картины имели ассиметричную форму, определяемую структурой тетрагональной кристаллической решетки сапфира, и соответствовали выходу частиц в преимущественных направлениях распыления, в частности, в направлениях плотной упаковки атомов. Наблюдаемая анизотропия распыления связана с фокусированными соударениями (прямая и дополнительная фокусировки) и с процессом каналирования. Исследован химический состав в различных участках напыленного осадка. Выдвинуто предположение, что в процессе распыления сапфира эмитируют не только компоненты соединения, но и молекулярные комплексы, что характерно для кристаллов с ионно-ковалентоной связью. 3. Проведены экспериментальные исследования зависимости формы и положения максимума энергетического спектра вторичных ионов Cu+, эмитированных с грани (100) монокристалла меди в различных кристаллографических направлениях при разной температуре мишени. Обнаружено разное изменение положения максимума энергоспектра для ненагретого и нагретого монокристалла. Для ненагретого кристалла наиболее вероятная энергия ионов смещается в сторону больших значений энергии с ростом угла эмиссии. При повышенной температуре (Т>300 C) наблюдается обратная картина: смещение энергоспектра в сторону меньших энергий с увеличением угла. Установлено также, что увеличение температуры мишени вызывает большее изменение зависимости максимума энергоспектра от угла при эмиссии с грани (100) монокристалла, чем из поликристалла, что обусловлено разными механизмами выхода нейтральных и заряженных частиц в этих случаях и отличием коэффициентов распыления для разных граней кристалла. Наблюдаемые зависимости объяснены с помощью объединенной модели вторичной ионной эмиссии при учете динамики электронной температуры в каскаде соударений. 4. Проведены предварительные измерения вторичной ионной эмиссии и рассеянных ионов, а также изменения состава поверхности диоксида циркония под воздействием ионов Ar+. Обнаружена немонотонная зависимость изменения состава поверхности ZrO2 от энергии падающих ионов Ar+. 5. Начаты работы по исследованию вторично-электронных, эмиссионных и зарядовых характеристик ионно-облученного сапфира. Получены временные характеристики зарядки и потенциала поверхности для необлученной и предварительно облученной ионами Ar+ с энергиями 1 и 10 кэВ поверхности Al2O3. Выяснено, что необлучѐнный сапфир при малой плотности тока ( 10-7 A/см2) заряжается незначительно в течение очень длительного времени, в то время как облучѐнный ионами участок при этой же плотности тока заряжается до очень высокого равновесного потенциала, равного -12,5 кВ. 6. С помощью усовершенствованной программы методом молекулярной динамики проведен численный расчет коэффициента распыления и энергий выходящих частиц для неупорядоченного монокристалла NiPd при облучении граней (001) и (011) ионами с энергией в области десятка кэВ. Впервые установлена четкая анизотропия угловой зависимости распыления неупорядоченного бинарного монокристалла со значительной разницей масс его компонент. Исследованы энергетические распределения атомов никеля и палладия, распыленных с грани (001) NiPd неизмененного состава и с перестройкой верхних слоев. Показано, что энергетический спектр для более тяжелых частиц палладия немного сдвинут в сторону меньших энергий, как для поверхности с перестройкой, так и без нее.
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Особенности вторичной эмиссии заряженных и нейтральных частиц из металлов, полупроводников и диэлектриков.
Результаты этапа: В 2016 году в рамках проекта: 1. Проведена модернизация установки с ионным источником, в результате которой стало возможным определять потенциал поверхности и величину аккумулированных зарядов в диэлектрике в процессе ионного облучения. 2. Проведено исследование кинетики зарядки диэлектрика (сапфира) при ионном облучении. 3. Экспериментально изучены вторично- электронные, эмиссионные и зарядовые характеристики различных диэлектриков, предварительно подвергнутых облучению ионами и электронами низких и средних энергий с различными дозами. 4. Экспериментально изучено влияние микрорельефа поверхности металлов, формирующегося при воздействии ионов, на эмиссию вторичных и отраженных электронов. 5. Разработан программный код и проведены расчеты вероятности электронного обмена падающего иона с поверхностью оксида циркония, позволившие объяснить ранее полученные экспериментальные результаты.
3 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Особенности вторичной эмиссии заряженных и нейтральных частиц из металлов. полупроводников и диэлектриков.
Результаты этапа: 1. Экспериментально и с помощью метода молекулярной динамики изучены вторичная ионная эмиссия и распыление из неупорядоченного монокристалла Ni4Mo при облучении ионами аргона с энергией в области десятка кэВ. Получены энергетические распределения нейтральных и заряженных частиц, а также картины пространственного распределения по азимутальному и полярному углу выхода частиц. 2. Изучение диэлектрических образцов SiO2 и Al2O3, предварительно облучённых ионами или электронами, показало их усиленную зарядку по сравнению с необлучёнными образцами. Рассмотрены различные радиационно-стимулированные процессы дефектообразования и эффекты десорбции кислорода, ответственные за ускоренную кинетику зарядки. 3. Проведены исследования влияния на процесс электронной зарядки сапфира предварительного облучения ионами различной природы (инертных газов – Ar+ и металлов Ga+ и Zn+). Показано, что предварительное облучения ионами инертного газа приводит к резкому увеличению скорости зарядки сапфира, которое объясняется интенсивным захватом электронов на сгенерированные предварительным ионным облучением электронные ловушки. После предварительного облучения металлическими ионами зарядка поверхности происходит медленнее, чем в случае ионов аргона, но быстрее чем для исходной (необлученной) поверхности. Уменьшение скорости зарядки для случая предварительной бомбардировки металлическим ионами объясняется уменьшением количества ловушек для электронов в приповерхностной области кристалла за счет образования химической связи имплантированного металлического Ga c междоузельным атомами кислорода. 4.Экспериментально и методом компьютерного молекулярно-динамического моделирования исследовано влияние механической деформации на процесс распыления ионной бомбардиров- кой монокристаллов бинарных неупорядоченных металлических сплавов (Cu87Sn13, Ni97Fe3 и Fe97Ni3). Получены энергетические и угловые распределения частиц, распыленных с деформированных областей. Показано, что механическая деформация кристалла, приводящая к уменьшению постоянной решетки в направлении действия нагрузки, вызывает увеличение коэффициента распыления всех изученных сплавов, которое тем больше, чем больше их плотность. Процесс сегрегации вызывает незначительное уменьшение коэффициента распыления как для предварительно деформированных так и для недеформированных поверхностей металлических сплавов.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".