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

Кривые r]Nb(P), ЛTi(Р), найденные экспериментально, совпа­ дают с расчетными, что свидетельствует о применимости закона упругого парного соударения в случае сложных (сплавных) об­ разцов.

При исследовании угловых зависимостей энергетических спект­ ров ионов, рассеянных сплавом (§ 3 гл. IV), представляется весьма

интересным случай, когда масса атома одного из элементов сплава была меньше массы бомбардирующего иона. Поэтому изучение угловой зависимости энергетических распределений рассеянных ионов было распространено на указанный случай, имеющий место при бомбардировке мишени из сплава Nb—Ti ионами Rb+.

Осциллограммы распределений вторичных ионов по энергиям, полученные при бомбардировке накаленной до высокой темпера­ туры (1400°К) мишени из сплава Nb—Ti ионами Rb+ с энергией 800 эв представлены на рис. 72 а. Осциллограммы / —3 сняты при углах падения первичных ионов, равных 40, 60 и 70° соответствен­ но. Анализу по энергиям во всех случаях подвергались вторичные поны, распространяющиеся под углом 0= 80°.

Когда масса атома одного нз элементов сплава меньше массы налетающего иона и углы Ф сравнительно малы, в высокоэнергетичеекой области спектра отсутствует пик, соответствующий ио­ нам, испытавшим однократное столкновение на атомах этой со­ ставной части сплава. С увеличением угла падения первичных ионов область спектра между пиками медленных и однократно рассеянных ионов на атомах другой составной части сплава рас­ ширяется. И наконец, когда угол между продолжением направле­ ния первичного пучка и направлением части вторичных ионов, вхо­ дящих в щель электростатического анализатора, становится мень­ ше предельного угла рассеяния, вытекающего из соотношения для парного однократного соударения, в энергетическом спектре на­ блюдаются оба пика, соответствующие ионам, испытавшим одно­

Таким образом, внутри предельного угла рассеяния рПред угло­ вые и энергетические характеристики ионов, рассеянных на ато­ мах обоих составных частей сплава, идентичны между собой и под­ чиняются закономерностям, установленным при исследовании уг­ ловых закономерностей взаимодействия ионов с чисто металличе­ скими поверхностями одного состава.

Продолжительный нагрев мишени из сплава при высокой тем­ пературе (1600—2000°К) приводит сначала к увеличению, а потом к снижению интенсивности пика, соответствующего ионам, испы­ тавшим однократное столкновение на атомах более летучего составного элемента сплава. Последнее, по-видимому, связано с испарением пленки, образовавшейся на поверхности мишени вследствие диффузии из более летучего элемента сплава при теп­ ловой обработке. Относительное изменение высоты пиков энерге­ тического спектра ионов, рассеянных сплавами, в зависимости от различных тепловых обработок позволяет судить о толщине плен­ ки, сформировавшейся на поверхности мишени из летучих ком­ понентов сплава, что имеет большое, значение для определения ре­ жима работы сплавных эмиттеров.

§5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ, ПРОСТРАНСТВЕННОЕ И УГЛОВОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ, РАССЕЯННЫХ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМИ СПЛАВАМИ

Как мы видели выше (гл. II и III), различие углового, пространственного и энергетического распределений ионов, рассе­ янных поверхностью разных граней монокристаллов, позволяет индицировать грани, плоскости, направления и исследовать их свойства. В этом отношении большой интерес представляет изуче­ ние углового, пространственного и энергетического распределений ионов, рассеянных различными гранями сплавных соединений.

.179

На рис. 73 приведены осциллограммы распределения вторич­ ных ионов по энергиям, полученные при бомбардировке грани (001) монокристаллического сплава Мо—W (Mo + 51%W) ионами Rb+ с энергией 1 кэв под углом Ф = 70°. Анализу по энергиям под­ вергались вторичные ионы, распространяющиеся (в плоскости па­ дения) под углом Ф = 70°. Осциллограммы 1—•3 снимались в слу­ чаях, когда плоскость падения совпадала с направлениями [100], [ПО], [010] соответственно. Мишень ориентировалась относительно пучка первичных ионов вращением ее вокруг оси [001] на углы

Ф= 45, 90°.

Вслучае осциллограмм 1 и 3 наблюдается три пика, а в'случае

сеяния р, как и в случае чистого однородного кристалла,

атомах W.

Зависимость т|2 от азимутального угла поворота мишени ср (где т)2 — отношение энергии вторичных ионов Rb+, претерпевших дву­ кратные столкновения с атомом Мо, к энергии первичных ионов Ао) показывает, что значения г)2, найденные измерением энергети­ ческого положения двукратного пика в зависимости от угла ср, изменяются скачкообразно. Максимумы и минимумы кривой т]2(ср) наблюдаются при определенных углах ср, что связано, повидимому, с упорядоченным расположением атомов Мо и W на грани (100) Мо—W. Поскольку в данном случае углы Ф и 0 сра­ внительно малы (Ф = 0 < 70°), т. е. не близки к скользящим углам,

характер кривой г|2(Ф) нельзя объяснить изменением числа по­ вторных столкновений иона, рассеивающегося вдоль различных кристаллографических направлений, что и приводило бы к анало­ гичным изменениям значения т]2 от ср. Изменение значения т]2 от ср здесь можно объяснить, предположив, что на грани (001) моно­

1S0

кристалла сплава Мо — W, атомы их расположены по диагонали равностороннего параллелепипеда о. ц. к. решетки. Если учесть сказанное, то не трудно представить, что поворот кристалла Мо—W вокруг оси [001], лежащей в плоскости падения, вызывает чередо­ вание атомов одного наименования атомами другого (атома W атомом Мо), и наоборот.

Аналогичные результаты были получены при бомбардировке граней (ПО) и (111) монокристалла сплава Мо—Nb ионами Na+,

К+ и Rb+.

Результаты исследования показывают, что изучение энергети­ ческих спектров ионов, рассеянных поверхностью монокристалла

М

Рис. 74.

сложного состава, позволяет однозначно определить симметрию расположений атомов различных наименований, из которых со­ стоит образец, на плоскостях и направлениях. Кроме того, по виду энергетического спектра можно судить о совершенстве граней монокристаллических сплавов.

На рис. 74 приведены полярные диаграммы углового распреде­ ления вторичных ионов, полученные при бомбардировке грани (001) монокристалла сплава Мо—Nb нонами Na+. Полярные диаграммы 1—4, получены при различных углах падения (45, 60, 70, 80°) первичных ионов, а полярная диаграмма 5 — при продол­ жительной бомбардировке. Вращение цилиндра Фарадея осуществ­ лялось вокруг мишени на плоскости рассеяния, проходящей через ось [010] кристалла.

Как и в случае бомбардировки грани (100) монокристалла Мо, угловое распределение имеет тонкую структуру, обусловленную упорядоченной структурой кристалла сплава Мо—Nb. При сравнении расположения максимумов и минимумов, наблюдаемых на фоне углового распределения, оказалось, что структура кри­ сталла сплава Мо—Nb имеет ту же структуру, что и его компонен­

181

ты (молибден и ниобии), т. е. объемно-центрированную кубическую (о. и. к.) решетку.

• Дальнейшие исследования полярных диаграмм углового распре­

поверхностных слоях его. Результаты исследования позволяют оп­ ределить (индицировать) грани и направления, оканчивающиеся атомами различных наименований.

§6. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СПЛАВОВ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ

В § 3, 4 гл. II рассматривалось изменение углового, про­ странственного и энергетического распределений рассеянных ио­ нов в зависимости от температуры монокристаллической мишени, что объяснялось влиянием тепловых колебаний атомов решетки на процесс рассеяния. Большой интерес представляет исследование этих распределений в случае монокристаллической сплавной ми­ шени, так как, кроме влияния тепловых колебаний атомов решетки, здесь необходимо учитывать и воздействие процесса диффузии атомоз более летучего компонента сплава изнутри на поверхность мишени.

На рис. 76 а представлена серия осциллограмм распределения вторичных ионов по энергиям, полученная при бомбардировке грани (100) монокристалла сплава W—Мо ионами Rb+ с энергией 800 эв. Здесь углы падения первичных и вылета анализируемой части вторичных ионов были равны 70 и 60° соответственно. Анали­ зу по энергиям подвергались вторичные ионы, лежащие в плоско-

182

(■

t)

~m ts6

Рис. 76

стн рассеяния, параллельной атомному ряду [011] кристалла W—Мо. Осциллограммы 1—6 сняты при различных температурах мишени (1 — 300, 2 — 1000, 3 — 1400, 4 — 1800, 5 — 2000, 6 — 2200°К).

При сравнительно небольших температурах мишени в осцилло­ грамме распределения вторичных ионов по энергиям наблюдаются три пика в высокоэнергетической области спектра. Измерения энер­ гетических положений этих пиков показывают, что главные пики / и II спектра соответствуют энергиям ионов, претерпевших одно­ кратные соударения с атомами Мо и W, а пик III — двукратные соударения с атомом W в направлении [011]. С увеличением темпе­ ратуры мишени относительная интенсивность пика III уменьшает­ ся, что связано с тепловыми колебаниями атомов решетки. Даль­ нейшее увеличение температуры мишени (см. осциллограммы 5 и 6) приводит к превращению пика III в покатую ступеньку, что почти не разрешается в виде пика. Однако при этом появляется пик IV, энергетическое положение которого свидетельствует о по­ явлении атома Мо, между атомами W в направлении [011]. По­ следнее произошло в результате диффузии атомов более летучего компонента сплава изнутри на поверхность. Учитывая сказанное, можно утверждать, что в случае сплава W—Мо более летучим компонентом является молибден и наиболее вероятным местом первоначального нахождения его атомов на поверхности мишени служит центр грани (100) монокристалла сплава W—Мо. Послед­ нее в свою очередь приводит к резкому увеличению плотности упаковки атомов в направлении [ПО] кристалла и соответственно к появлению в спектре пика IV. Такое резкое изменение характера энергетического спектра ионов, рассеянных кристаллами сплава, в зависимости от температуры мишени указывает на возможность исследования динамики диффузии летучих компонентов сложных образцов.

На рис. 76 б показана зависимость относительной интенсивно­ сти двукратного пика III от азимутального угла поворота мишени ср. Бомбардировались грани (010) монокристалла сплава W—Мо ионами Rb+ с энергией 1200 эв. Полярные диаграммы 1—5 снима­

анизотропия пространственного распределения сначала несколько

сколько восстанавливается и наблюдаются дополнительные мак­ симумы в других направлениях.

На рис. 77 представлены полярные диаграммы, характеризую­ щие угловое распределение вторичных ионов, полученные при бом­ бардировке грани (010) монокристалла сплава Мо—W ионами Na+ с энергией 1500 эв. Угол падения первичных ионов был равен 30°, а распределение вторичных ионов по углам изучалось в плос­ кости рассеяния, параллельной атомному ряду [100] кристалла.

184