к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Распыление твёрдых тел

Распыление твёрдых тел - разрушение твёрдых тел под действием бомбардировки их поверхности заряженными и нейтральными частицами (атомами, ионами, нейтронами, электронами и др.) и фотонами. Впервые наблюдалось как разрушение катода в газовом разряде (отсюда термин "катодное распыление"). Подукты распыления твёрдых тел - атомы, положит. и отрицат. ионы, а также нейтральные и ионизованные атомные и молекулярные комплексы (кластеры). Скорость распыления твёрдых тел характеризуют полным коэф. К, равным ср. числу всех частиц, испущенных мишенью, приходящихся на одну бомбардирующую частицу, или парциальными коэффициентами. Кроме К (интегральная характеристика) процесс распыления твёрдых тел определяется также дифференц. характеристиками: энергетич. распределением распылённых частиц, их угловым p зарядовым распределениями, распределением по состояниям возбуждения, по массам и др.

Различают неск. видов распыления твёрдых тел, отличающихся механизмом процесса распыления твёрдых тел: столкновительное (физ., или ионное распыление твёрдых тел), к-рое доминирует в той области энергий бомбардирующих частиц, где преобладают упругие процессы (ядерное торможение); распыление твёрдых тел за счёт неупругих процессов - в результате возбуждения и ионизации атомов твёрдого тела; химическое распыление твёрдых тел, к-рое возникает, если падающие частицы вступают в реакцию с атомами твёрдого тела, в результате чего на поверхности образуются летучие соединения. Возможны сочетания неск. механизмов распыления твёрдых тел.

Столкновительное распыление имеет место при передаче кинетич. энергии бомбардирующих частиц атомам мишени. Вследствие этого нек-рые атомы приобретают энергию, превышающую энергию связи Us поверхностных атомов и покидают мишень. При энергиях4027-9.jpgбомбардирующих частиц ниже нек-рого порога4027-10.jpgотсутствует (К = 0). Величина4027-11.jpgпри нормальном падения ионов на мишень (угол падения q = 0) изменяется от 4Us, если массы ионов (Ми)и атомов мишени (Мм) близки (Ми ! Мм), до 50 Us, если Ми4027-12.jpgМм.

По мере увеличения 4027-13.jpg коэф. К возрастает, проходит через максимум, положение к-рого зависит от комбинации частица - мишень, и убывает (рис. 1).

4027-14.jpg

Рис. 1. Зависимость коэффициента распыления Си от энергии бомбардирующих ионов Кr+.

Типичные значения К - в максимуме от 10-2 ат/ион (лёгкие ионы) до (1-5)·10 ат/ион (тяжёлые ионы). Зависимость К от атомных номеров как бомбардирующих ионов Zи, так и атомов материала мишени Zм является немонотонной. В частности, зависимость от Zм качественно такая же, как и зависимость обратной величины энергии сублимации4027-15.jpgраспыляемого материала (рис. 2). При столкновительном распылении твёрдых тел под действием нейтронов К ~ 10-4-10-5 ат/ион. При увеличении угла q падения частиц на мишень К для поликристаллич. и аморфных мишеней растёт, проходит через максимум (q = = 60-80°) и затем убывает. Для монокристаллич. мишеней на фоне возрастания К с q наблюдаются резкие его уменьшения, когда направление бомбардировки становится параллельным либо осям, либо плоскостям мишени с низкими кристаллографич. индексами (рис. 3). Зависимость К от температуры Т мишени обычно является слабой, если только Т не близка к Tпл материала мишени либо если в исследуемом температурном интервале мишень не претерпевает фазовых переходов. В последнем случае К может резко изменяться в узком температурном интервале. Коэф. К может зависеть также и от флюенса облучения и от состояния облучаемой поверхности, в частности от размеров зёрен, текстуры поверхности, шероховатости.

4027-16.jpg 4027-17.jpg

Рис. 2. Зависимость К от атомного номера иона Z,,(a), от атомного номера Zм атома мишени (б) и зависимость обратной величины энергии сублимации 4027-18.jpg от Zм(в).

4027-19.jpg

Рис. 3. Зависимость К от угла падения q ионов на мишень.

Угл. распределение вылетающих частиц в случае аморфных и по-ликристаллич. мишеней широкое. Если энергия бомбардирующих частиц 4027-20.jpg не слишком мала и углы падения q не слишком велики, то распределение слабо зависит от сорта частиц, 4027-21.jpg, q, и в первом приближении число распылённых частиц N ~ cos f (f - угол вылета относительно нормали к поверхности мишени). При высоких энергиях распределение частиц более узкое, при низких - более широкое, чем N ~ cos f. При увеличении q максимум распределения сдвигается в направлении пучка бомбардирующих ионов. В случае монокри-сталлич. мишеней наблюдается преимуществ. выход распылённого вещества вдоль наиб. плотно упакованных направлений мишени (пятна Венера).

Энергетич. распределение распылённых частиц4027-22.jpg широкое. Среди распылённых частиц имеются частицы как с тепловыми энергиями 4027-23.jpg, так и с энергиями 4027-24.jpg. Максимум распределения наблюдается при 4027-25.jpg~ 1-10 эВ; его положение зависит от энергии сублимации 4027-26.jpg атомов мишени. При 4027-27.jpg 4027-28.jpg (рис. 4). Ср. энергия4027-29.jpg распылённых частиц тем меньше, чем больше К (для монокристаллич. мишеней 4027-30.jpg зависит также от кристаллографич. направления).

При бомбардировке молекулярными ионами, а также при бомбардировке тяжёлых мишеней тяжёлыми ионами могут наблюдаться нелинейные эффекты. В частности, коэффициент распыления двухатомными молекулярными ионами может превышать для атомарных ионов той же скорости, а энергетич. распределение распылённых частиц может обогащаться частицами с энергиями4027-32.jpg~ kT.

Рис. 4. Энергетическое распределение распылённых частиц.

4027-31.jpg


В процессе распыления твёрдых тел могут происходить изменения состава, структуры и топографии поверхности. Под действием тяжёлых ионов образуются конусы и пирамиды размером порядка мкм, гребни, канавки и ямки. При облучении лёгкими ионами в приповерхностном слое могут появляться пузырьки газа, что приводит к вспучиванию поверхности (блистерингу), шелушению и отслаиванию.

Теории столкновительного распыления твёрдых тел (напр., теория Зигмунда) основаны на рассмотрении каскадов упругих столкновений, вызванных передачей кинетич. энергии от бомбардирующей частицы атомам мишени. Различают 3 режима столкновительного распыления твёрдых тел. Режим прямого выбивания реализуется вблизи порога 4027-33.jpg при бомбардировке лёгкими ионами и при скользящем падении; протяжённость каскадов невелика, значит. вклад дают первично выбитые атомы (рис. 5). Режим линейных каскадов (реализуется для всех ионов, кроме самых тяжёлых - с энергиями 4027-34.jpg от

1 до неск. десятков кэВ и для нейтронов) характеризуется малой плотностью распределения выбитых атомов, так что преобладают столкновения движущихся атомов с неподвижными, а столкновения движущихся атомов между собой происходят редко. Режим нелинейных каскадов (тепловых пиков) реализуется для ионов с большими массами и молекулярных ионов. Плотность распределения выбитых атомов столь высока, что большинство атомов внутри нек-рого объёма находится в движении.

4027-35.jpg

Рис. 5. Режимы столкновителыюго распыления.


Каскадные теории для распыления твёрдых тел с неупорядоченным расположением атомов в режиме линейных каскадов, основанные на ур-нии Больцмана, приводят к соотношениям

4027-36.jpg

Распыление твёрдых тел за счёт упругих столкновений наиб, существенно в металлах и полупроводниках.

Электронный механизм распыления реализуется, если кинетич. энергия иона (электрона, фотона) расходуется на изменение внутрен. энергии атомов мишени. Наблюдается для диэлектриков (щёлочно-галоидные соединения, органич. соединения, отвердевшие газы, лёд, большие биомолекулы), а также для ряда полупроводниковых соединений и мелкодисперсных металлов. Коэф. К могут достигать значений ~103-104 ат/ион. Энергетич. зависимость4027-37.jpgимеет максимум в области максимума неупругих уд. потерь энергии (электронное торможение). В зависимости от сочетания ион (электрон) - мишень наблюдается либо прямая пропорциональная, либо более сильная - вплоть до квадратичной - зависимость К от4027-38.jpgВеличина К не зависит от Т вплоть до определ. пороговой температуры, после чего наблюдается рост К при приближении к температуре, при к-рой происходит либо сублимация мишени, либо разрыв молекулярных связей. Энергетич. распределения распылённых частиц значительно более узкие, максимум наблюдается при энергиях, значительно более низких, чем в случае столкновительного распыления твёрдых тел.

При распылении твёрдых тел под действием низкоэнергетич. электронов и фотонов пороговая энергия 4027-39.jpg того же порядка, что и ширина запрещённой зоны 4027-40.jpg мишени и энергия экситонных переходов. Распыление твёрдых тел может быть эффективным лишь для к--л. одного элемента соединения, напр, галогена в щёлочно-галоидном соединении. При облучении фотонами число распылённых частиц N растёт с ростом интенсивности облучения. Угл. распределение распылённого вещества может различаться для разных компонентов. Так, для щёлочно-га-лоидных соединений наблюдается преимущественное распыление твёрдых тел галогенов вдоль низкоиндексных осей кристалла, тогда как распределение атомов щелочного металла N ~ cos f. Большая доля распылённых частиц обладает тепловыми энергиями, но есть и сверхтепловая компонента.

Единой теории преобразования энергии возбуждённого или ионизов. атома твёрдого тела в кинетич. энергию движения атомов, приводящего к распылению твёрдых тел, пока нет. Существует лишь ряд моделей (модель теплового пика, модель кулоновского взрыва, экситонная модель и др.), объясняющих те или иные закономерности сочетания бомбардирующих частиц и типа распыляемых материалов.

Химическое распыление. При химического распыления твёрдых тел между бомбардирующими частицами и атомами мишени на поверхности в результате хим. реакций образуются молекулы с низкой энергией связи, к-рые могут десорбироваться при температуре мишени. Химическое распыление твёрдых тел наблюдается в нек-ром температурном интервале. В этом интервале зависимость К(Т)обычно проходит через максимум; чётко выраженной пороговой энергии нет. Коэф. К зависит от конкретного сочетания химически активный ион - мишень. Энергетич. распределение молекул в большой степени определяется температурой поверхности мишени.

Распыление твёрдых тел используется для получения атомно-чистых поверхностей, тонких плёнок, анализа поверхностей, при ионно-лучевой и ионно-плазменной обработке поверхностей. Распыление твёрдых тел лежит в основе ионно-плазменных способов травления материалов для целей микроэлектроники, играет важную роль в космич. материаловедении, в акустике, в технике ядерных реакторов (Распыление твёрдых тел под действием нейтронов) и термоядерных устройств, при консервации радиоакт. отходов и др.

Литература по распылению твёрдых тел

  1. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой, под ред. Р. Бериша, пер. с англ., в. 1-2, М., 1984-86;
  2. Плазменная технология в производстве СБИС, под ред. Н. Айнспрука и Д. Брауна, пер. с англ., М., 1987;
  3. Sputtering by particle bombardment III, ed. by R. Behrisch, K. W. Wittmack, Springer- Verl., 1991;
  4. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел. Сб. ст., пер. с англ., М., 1989;
  5. Фальконе Д., Теория распыления, "УФН", 1992, т. 162, № 1, с. 71.

Е. С. Машкова, В. А. Молчанов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

Знаете ли Вы, что cогласно релятивистской мифологии "гравитационное линзирование - это физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы обясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника." (Релятивисты приводят примеры искажения изображений галактик в качестве подтверждения ОТО - воздействия гравитации на свет)
При этом они забывают, что поле действия эффекта ОТО - это малые углы вблизи поверхности звезд, где на самом деле этот эффект не наблюдается (затменные двойные). Разница в шкалах явлений реального искажения изображений галактик и мифического отклонения вблизи звезд - 1011 раз. Приведу аналогию. Можно говорить о воздействии поверхностного натяжения на форму капель, но нельзя серьезно говорить о силе поверхностного натяжения, как о причине океанских приливов.
Эфирная физика находит ответ на наблюдаемое явление искажения изображений галактик. Это результат нагрева эфира вблизи галактик, изменения его плотности и, следовательно, изменения скорости света на галактических расстояниях вследствие преломления света в эфире различной плотности. Подтверждением термической природы искажения изображений галактик является прямая связь этого искажения с радиоизлучением пространства, то есть эфира в этом месте, смещение спектра CMB (космическое микроволновое излучение) в данном направлении в высокочастотную область. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 14.11.2019 - 19:52: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
14.11.2019 - 12:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Светланы Вислобоковой - Карим_Хайдаров.
13.11.2019 - 19:20: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
13.11.2019 - 11:05: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
12.11.2019 - 19:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Марины Мелиховой - Карим_Хайдаров.
12.11.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Бориса Сергеевича Миронова - Карим_Хайдаров.
12.11.2019 - 11:49: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Веры Лесиной - Карим_Хайдаров.
11.11.2019 - 00:24: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
10.11.2019 - 23:14: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Кирилла Мямлина - Карим_Хайдаров.
08.11.2019 - 06:42: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
05.11.2019 - 21:56: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Декларация Академической Свободы - Карим_Хайдаров.
04.11.2019 - 12:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution