Файл: Арифов У.А. Угловые закономерности взаимодействия атомных частиц с твердым телом.pdf

дельный угол рассеяния вторичных ионов, найденный экспери­ ментально, несколько превышает значение предельного угла, вы­ численного из соотношения (1.31), во всех рассмотренных нами случаях. По характеру углового распределения ясно, что указан­ ное превышение обусловлено многократным столкновением бом­ бардирующих ионов с отдельными атомами мишени.

Результаты исследования показывают, что при изучении угло­ вого распределения в случае !Щ < т 2 можно выделить две группы вторичных ионов. Первая группа состоит из быстрых ионов, обна­ руживается только при больших углах падения первичных ионов на мишень и характерна тем, что распространяется внутри опреде-

Совпадение получается весьма удовлетворительным. Спадаю­ щая ветвь (кривая 1) при р > р Пред возникает в результате много­ кратного рассеяния, возрастающая ветвь для р^яр обусловлена множителем С ((3, яр, а) "0 при р—*"яр [190]. Это можно объяснить наложением на монотонно убывающую функцию ряда факторов, влияние которых было прослежено на однократном рассеянии, составляющем главную часть рассеянных ионов.

71

этой группы монов расширяется, количество их растет и, наконец,

эта группа быстрых ионов становится преобладающей и на кривой распределения появляется пик, вершина которого соответствует энергии ионов, претерпевших однократные упругие соударения на границе предельного угла.

Осциллограммы, полученные при бомбардировке Мо-мишени ионами Cs+ под углом падения 80° и при различных энергиях первичных ионов, показали, что с увеличением энергии первичных ионов пик в кривых распределения, согласно соотношения для упругих однократных соударений, перемещается в сторону боль­ ших значений энергий. Аналогичная картина наблюдается при

мишени. При mi</?z2 они появляются только внутри некоторого предельного угла рассеяния. Во всех случаях вторичные ноны, испытавшие однократные соударения, на кривых распределения вторичных ионов по энергиям имеют вид пика в более или менее узкой области спектра. Вместе с тем угловая зависимость энер­ гетических спектров при Щ |</п2 свидетельствует о рассеянии ионов на углы, значительно превышающие предельные углы однократ­ ного рассеяния. Вид распределений данной группы ионов по энер­ гиям, углам и характер изменения их с увеличением угла паде­ ния первичных ионов не противоречит предположению об их про­ исхождении в результате многократных соударений.

Следовательно, при бомбардировке металлов ионами в области энергий 0,5—5 кэв явление рассеяния удовлетворительно объяс­ няется в рамках теории о парных одно- и многократных столкно­ вениях. При этом наличие вторичных ионов, обладающих энергия­ ми, отличными от энергии ионов, претерпевших однократные со­ ударения, а также рассеяние на углы большие, чем предельные углы рассеяния, получает единое толкование.

§8. ВЛИЯНИЕ УГЛА ВЫЛЕТА РАССЕЯННЫХ ИОНОВ НА ВИД ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

Выше были описаны результаты, полученные при анализе энергетических распределений вторичных ионов, распространяю­ щихся под определенным углом вылета в зависимости от угла па­ дения первичных ионов. Меняя ориентацию мишени относительно анализатора (см. рис. 8), можно было также изучать зависимость энергетических распределений вторичных ионов от угла падения при разных значениях угла вылета или при одном фиксированном угле падения от угла вылета [21].

74

76

Аналогичные результаты были получены также при бомбарди­ ровке Ni-мишени ионами Cs+ и Rb+.

Таким образом, рассмотрение изменения энергетических рас­

тиворечит выводу, сделанному выше о том. что наличие вторичных ионов, обладающих энергиями большими и меньшими, чем энергия ионов, претерпевших однократные соударения, а также рассеяния на углы, большие предельных углов рассеяния, связано с много­

Рис. 33.

кратными столкновениями бомбардирующих ионов с отдельными атомами мишени.

Для дальнейшего исследования угловых закономерностей взаи­ модействия ионов с твердым телом целесообразно было увеличить, г. первую очередь разрешающую способность электростатического анализатора в установке. Как видно из соотношений (1.27) и (1.28),. в первом приближении можно считать, что разрешающая способ­ ность анализатора прямо пропорциональна радиусу R0 и обратно пропорциональна ширинам входной и выходной щелей. Поэтому для увеличения разрешающей способности установки ширина входной и выходной щелей анализатора была доведена с 0,5 до. 0,2 мм. Ионно-электронный умножитель с коэффициентом усиле­ ния 106 на выходе анализатора был заменен умножителем с коэф­ фициентом усиления ~ 108.

На рис. 34 приведены осциллограммы энергетического спектра вторичных ионов, полученные при бомбардировке накаленных до 1800°К Та и W-мишеней ионами Rb+ с энергией 800 эв после уве­ личения разрешающей способности анализатора. Здесь в случае

ных осциллограмм, приведенных в § 4 (см. рис. 24), здесь на высо­ коэнергетическом склоне пика однократного соударения появля­ ется второй пик. Предварительные расчеты показали, что этот второй пик может быть связан с ионами, повторно рассеянными на

78

каждый раз значение предельного угла, можно объяснить также появление вторичных ионов при углах больших, чем предельные углы рассеяния в случае ni\<m-2. Энергетическое распределение этой группы вторичных ионов при углах, далеких от предельных углов рассеяния (см. § 5 гл. I), показывает, что они обладают сравнительно небольшими энергиями. При уменьшении угла рас­ сеяния энергетический спектр их расширяется и, наконец, вблизи предельного угла рассеяния формируется группа ионов, обладаю­ щих энергиями, близкими к энергиям ионов, испытавших одно­ кратные столкновения с отклонением на предельный угол. Кроме того, различие между характером рассеяния ионов внутри и вне предельного угла свидетельствует, очевидно, о наличии однократ­ ных соударений внутри и отсутствии их вне предельного угла рас­ сеяния. Появление вторичных ионов вне предельного угла своим происхождением здесь тоже обязано многократным соударениям бомбардирующих ионов с атомами мишени. Подробное рассмотре­ ние формы энергетических спектров и распределение интенсивно­ сти по углам в исследуемой области энергии (0,5—5 кэв) не ука­ зывает на их какое-либо иное происхождение.

Рассмотрение изменения характера энергетических спектров в случае, когда масса атома мишени больше массы бомбардирую­ щего иона, в зависимости от углов падения первичных и вылета вторичных ионов убедительно свидетельствует о том, что наличие ионов с энергиями i в спектре тоже может быть объяснено теорией парных соударений с системой свободных атомов. В этом случае (см. § 5—7 гл. I) вторичные ионы обладают очень широ­ ким спектром, показывающим, что в процессе рассеяния ионы по­ кидают поверхность с энергиями от нуля до значений, несколько превышающих энергию ионов, испытавших однократное соударе­ ние с атомами мишени.

Ионы, претерпевшие однократные столкновения, ввиду стро­ гой определенности значения их энергии, образуют максимум в энергетическом спектре. Ионы, испытавшие многократные соуда­ рения, имеющие разброс энергии, располагаются по обе стороны максимума однократных соударений в соответствии с траекторией их столкновения на данный угол. Показано, что ион, рассеянный на данный угол, в результате многократных последовательных со­ ударений с наивыгодными (малыми) углами, обладает большей энергией, чем ион, рассеянный на тот же угол в результате одно­ кратного соударения. Действительно, независимо от вида потен­ циала, энергия Е 2, сохраняемая ионом после рассеяния на угол р в результате, например, двух последовательных упругих столкнове­

80