Спектроскопія випромінювання вторинних частинок під дією пучка іонів аргону на метали та їх хімічні сполуки

У роботі отриманий комплекс даних по енергетичному і зарядовому стану частинок, вибитих пучком іонів середніх енергій з поверхні низки металів і їх сполук. Ці дані можуть бути використані як при розробці теорії взаємодії іонів із твердим тілом, так і для розуміння процесів модифікації твердих тіл іонними пучками та елементного аналізу складу поверхні.

Ключові слова: розрив хімічних зв'язків, ефективність збудження, просторовий розподіл.

Summary

Gokov S.P. "Spectroscopy of secondary particles radiation under argon ion beam bombardment of metals and their chemical compounds". - The manuscript.

Ph.D. thesis of physical and mathematical sciences on a speciality 01.04.20 - "Physics of charged particles beams". National scientist centre “Kharkov physics and technical institute” - Kharkov, 2004.

The thesis is devoted to a spectroscopy of radiation of secondary particle at an influence of argon ions beam on metals and their chemical compounds. The actuality of the work is determined by perspectives of studies of ions beam interaction with a solid because of a development of new solid-state technologies, in particular, for understanding of processes of modification of solids by ions beams.

The aim of research was to extend the concept of the main processes that occurs at an interaction of argon ions beam with surfaces of metals and their chemical compounds and that are in the base of methods of modification of solids and the elemental spectral analysis using the charged particles beam.

On the basis of the obtained experimental results the conception of mechanisms, which result in flying away of particles, in different the excitation states has been extended. In particular, for the metals and their compounds studied in oxygen atmosphere, the additional, as compared with clean metal, mechanism of formation of the excited particles, associated with break of chemical bonds has been reveiled. Studying the efficiency of excitation on example of Ti target it was established, that the dependence of efficiency of excitation on energy of excitation (у_j(E_j)) was different for different processes of knocking-off particles from a solid.

Studying spatial distribution of radiation it was shown that processes of an electronic exchange of flying away particles with a solid significally influence on velocity compositions of these excited particles.

In the work the set of the data on energy and charging states of particles knocking-off by a beam of ions of medium energies from a surface of some metals and their compounds has beet obtained. These data may be used both for the development of the theory of interaction of ions with a solid, and for understanding of processes of modification of solids by ions beams and the element analysis of structure of a surface.

Key words: break of chemical bonds, efficiency of excitation, spatial distribution.

Аннотация

Гоков С.П. "Спектроскопия излучения вторичных частиц под действием пучка ионов аргона на металлы и их химические соединения". - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.20 - "физика пучков заряженных частиц". - Национальный научный центр “Харьковский физико - технический институт”, Харьков, 2004.

Диссертация посвящена спектроскопии вторичных частиц под действием пучка ионов аргона на металлы и их химические соединения. Актуальность работы определяется перспективностью исследования взаимодействия ионных пучков с твердым телом, в связи с развитием новых твердотельных технологий, в частности, для понимания процессов модификации твердых тел ионными пучками. Среди разных методов анализа широкое распространение получила диагностика поверхности твердого тела с использованием пучков ионов низких и средних энергий вследствие того, что информация, полученная с ее помощью, характеризует тонкий приповерхностный слой в несколько атомных монослоев. Одним из методов диагностики является спектроскопия излучения вторичных частиц (СИВЧ), которые отлетают от поверхности твердого тела под действием пучка ионов. Этот метод дает важную информацию, в частности, потому, что только в этих исследованиях определяется как тип частицы, которая отлетает, так и ее возбужденное состояние. Эти данные могут быть использованы как для развития физики взаимодействия пучков заряженных частиц с твердым телом, так и для развития методов исследования поверхности ионными пучками.

Цель и задачи исследования состояли в расширении представлений о главных процессах, происходящих при взаимодействии пучка ионов аргона с поверхностью металлов и их химических соединений, которые лежат в основе методов модификации твердых тел и элементного спектрального анализа пучками заряженных частиц.

На основании полученных экспериментальных результатов расширены представления о механизмах, которые приводят к отлету частиц в разных состояниях возбуждения. В частности, для металлов, исследуемых в атмосфере кислорода, а также для их соединений выявлен дополнительный, относительно чистого металла, механизм образования возбужденных частиц, связанный с разрывом химических связей.

При исследовании эффективности возбуждения было установлено, что распределение неупругой энергии столкновения по состояниям возбуждения частиц, которые отлетают от поверхности твердого тела, происходит в рамках статистического распределения неупругой энергии по возможным состояниям возбуждения распадающейся системы: твердое тело - отлетающий атом. На примере Тi мишени, было установлено, что для разных процессов выбивания частиц из твердого тела зависимость эффективности возбуждения от энергии возбуждения (у_j(E_j)) различна.

При исследовании пространственного распределения излучения было показано, что процессы электронного обмена отлетающих частиц с твердым телом существенным образом влияют на скоростной состав этих возбужденных частиц. Излучение медленных возбужденных частиц наблюдалось только для уровней, которые расположены резонансно заполненной части зоны проводимости металлов или запрещенной зоне полупроводников и диэлектриков. Для возбужденных уровней, расположенных резонансно свободной части зоны проводимости металлов или свободной зоне проводимости полупроводников и диэлектриков, наблюдалось излучение только быстрых частиц, вследствие того, что для медленных частиц, возбужденных на эти уровни, существует большая вероятность безизлучательной потери возбуждения за счет процессов электронного обмена.

В работе получен комплекс данных по энергетическим и зарядовым состояниям частиц, выбитых пучком ионов средних энергий из поверхности ряда металлов и их соединений. Эти данные могут быть использованы как при разработке теории взаимодействия ионов с твердым телом, так и для понимания процессов модификации твердых тел ионными пучками и элементного анализа состава поверхности.

Ключевые слова: разрыв химических связей, эффективность возбуждения, пространственное распределение.

Размещено на Allbest.ru