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

прежней. Эффективная масса т афф, при которой рассеиваются попы (Rb+, Cs+) в [80—84], определялась из кривой задержки и обуслов­ ливалась чувствительностью измерительного прибора. Такое непо­ стоянство зависимости т] от энергии Е0 в области малых энергий (£'о<300 эв) ранее наблюдал Д. Д. Груич [45]. Поведение функ­ ции г)(Е0) в этой области энергии он объяснял влиянием энергии связи атомов мишени.

Н. Н. Петров [194] с помощью масс-спектрометра изучал угло­

максимум однократного соударения смещался в сторону меньших энергий спектра, а полуширина его увеличивалась. При этом пик (максимум) однократного соударения был широким, что свиде­ тельствовало о наличии ионов с энергиями не только меньшими, но и большими, чем энергия Е х иона, испытавшего однократное соударение. По предположению автора, рассеянные ионы с Дтах>

Аналогичным методом А. X. Аюханов и Г. Исхаков [61] иссле­ довали энергетическое распределение вторичных ионов при бом­ бардировке Та-мишени ионами Na+ в области энергии 135—480 эв, однако из-за невысокой разрешающей способности масс-спектро­ метра обнаружить рассеянные ионы с энергиями £ max> £ i не уда­ лось. Действительно, прибор типа масс-спектрометра для анализа вторичных ионов по энергиям имеет некоторые недостатки. На­ пример, при использовании предускорения ионов до входа в масс-анализатор из-за несовершенства геометрии прибора иска­ жается угловое распределение ионов, а возникающие при этом электростатические линзы приводят к появлению зависимости пропускной способности анализатора от энергии частиц. Это за­ трудняет получение реальных кривых распределения вторичных ионов по энергиям и углам.

В последние годы [38, 52, 184, 294, 295] доказаны преимущества электростатического анализатора типа Юза — Рожанского [306] для анализа вторичных заряженных частиц по энергиям. С помощью параболоидного электростатического анализатора [173] Б. А. Панин исследовал энергетические спектры вторичных ионов, рассеянных

поверхностью Мо и Be, бомбардируемых ионами Н+, Н'*, Н+, N *. N.*, Oj+ , СС , СО, Аг+ , Аг++ при энергии 35—80 кэв [184]. Мак­

симум энергетического спектра соответствовал первичным ионам, однократно рассеянным на атомах мишени. Образование в энергети­ ческом спектре серии максимумов (пиков), число которых увеличи­ валось с повышением энергии, по мнению Б .А. Панина, произошло вследствие кратной ионизации ионов в процессе столкновения. При достаточной величине сродства к электрону у бомбардиру­ ющих атомов максимумы обнаруживались и в спектрах отрица­

14

мумов в спектре были такие же, какие получаются для атомар­ ных ионов с энергией меньшей вдвое. Спектры вторичных ионовгораздо богаче предельных энергий

ионов с энергиями, превышающими энергию однократного соуда­ рения (£ max>-£'i)> Б. А. Панин объяснял многократными соуда­ рениями иона с атомами мишени.

Е. С. Машкова и В. А. Молчанов [155, 156] исследовали угло­ вое распределение вторичных частиц (ионов и нейтральных ато­ мов) при бомбардировке медной, вольфрамовой и графитовой мишеней ионами Аг+, Не+ под скользящим углом в области энер­ гии 10—30 кэв.

Так как основная часть ионов Аг+, Не+ с металлических мише­ ней (eVi>2cp) рассеивалась нейтральными, количество рассеян­ ных быстрых частиц под данным углом (3 определялось по вторич­ ной электронной эмиссии, выбитой ими со второй мишени, рас­ положенной внутри цилиндра Фарадея. Экспериментальные кри­ вые распределения хорошо согласовывались с ходом • изменениядифференциальных сечений рассеяния на экранированном кулонов­ ском потенциале, полученных в [284] на основании газовой модели рассеяния. Максимум углового распределения наблюдался неза­ висимо от соотношения масс сталкивающихся частиц при малых углах р, что объяснялось микрорельефом образца (мишени). Не­ которое расхождение между экспериментальными и теоретичес­

личием ионов, испытавших многократные соударения с атомами, мишени. Следует отметить, однако, что при регистрации рассеян­ ных ионов и атомов по вызываемой ими электронной эмиссии из другой мишени необходимо учитывать зависимость этой эмиссии, от энергии бомбардирующих частиц, которая различна под раз­ ными углами вылета.

С помощью электростатического анализатора с двойной кри­

15-

= 17,5° были качественно подобны спектрам ионов Аг+, рассеянных Cu-мишеныо. С увеличением угла р максимум энергетического распределения расширялся, а затем исчезал при |3>17,5°. Нали­

иона с атомами мишени.

Угловое распределение ионного компонента рассеянного пучка в [157] изучалось с помощью энергетических спектров ионов Аг+ и Ne+, рассеянных медыо. Угловое распределение интенсивности пика, соответствующего однократно рассеянным ионам Аг+ и Ne+, в спектре находилось в хорошем согласии с угловым распределе­ нием ионов, нейтрализовавшихся при рассеянии, детектирование которых производилось по току электронной эмиссии [155, 156]. Количество ионов, испытавших обдирку в изученном интервале углов рассеяния, примерно на порядок было меньше числа ионов, рассеянных без изменения заряда, а число распыленных атомов мишени, испытавших обдирку, меньше, чем ионов, рассеянных с потерей заряда.

В другой работе В. А. Молчанов и другие [177] исследовали угловую зависимость диссоциации молекулярных ионов N J при

бомбардировке Си-мишени ионами азота с энергией 30 кэв. Угол падения Ф был равен 85°, а угол рассеяния р изменялся в пре­ делах 10—28°. С увеличением угла рассеяния р пик, соответствую­ щий молекулярным ионам, уменьшался, а затем исчезал вовсе. Последнее объяснялось тем, что большим углам рассеяния соответ­ ствовали меньшие прицельные параметры и, следовательно, мень­ шие расстояния сближения ионов и атомов мишени [212]. Вследст­ вие этого ионы проникали в область более сильного поля, созда­ ваемого ядром атома мишени, что и увеличивало вероятность дис­ социации.

В. II. Векслер [85] изучал влияние кристаллической структуры

верхностей Fe, Ni, Zr, Nb, Mo, Pd, Та, W, Re и Pt. Было установ­ лено, что вид вольтамперных кривых задержки вторичных ионов был различен для разных мишеней. С уменьшением расстояния d между ближайшими атомами в группе, состоящей из четырех атомов и обладающей осью симметрии четвертого пррядка, зна­ чение т Эфф1т1 росло и было различно для мишеней с почти оди­ наковыми атомными номерами, удельными весами и межатомны­

0,025— 10 кэв, Гай и Гаррисон [291] пришли к заключению, что при

16

нормальном падении пома на поверхность мишени вероятность столкновения сразу с несколькими атомами решетки мала, при­ чем такие соударения приводят не к рассеянию иона назад, а, ско­ рее всего, к внедрению в мишень.

Флайт и Кистемакер [289], исследовавшие угловое и энергети­ ческое распределения вторичных ионов и атомов при бомбарди­ ровке поли- и монокристаллических мишеней из Си ионами Аг+ в области энергии 5—20 кэв, измеряли вторичные ионные и нейт­ ральные эмиссии по вызываемой ими вторичной' электронной эмис­ сии. В случае поликристалла угловое распределение вторичных частиц во всех случаях имело острый максимум, и максимальный угол рассеяния определялся шероховатостью поверхности мишени.

И. М. Митропан с сотрудниками [171, 172] анализировал энер­ гетическое распределение и угловую зависимость коэффициента

нержавеющей стали количество рассеянных протонов было боль­ ше числа вторичных отрицательных ионов при всех углах падения первичных ионов Ф и росло с увеличением Ф. Для мишеней из А1 и Be число вторичных отрицательных иоиов превышало количест­ во рассеянных протонов при углах падения Ф> 50°. Предельная

энергия отрицательных ионов не превышала 10 эв. Однако Левин [321] показал, что при бомбардировке W-мншени ионами Н‘=~ с

энергией Д0=1,24 кэв энергетический спектр отрицательных ионов простирается от 0 до 550 эв.

В работе [59, 219] с помощью осцнллографического метода двойной модуляции исследовано энергетическое распределение вторичных отрицательных ионов при бомбардировке Мо- и Pt-ми­ шеней отрицательными ионами С1_ и Вг_ с энергией 0,4—5 кэв. Предельная энергия рассеянных ионов, найденная эксперименталь­ но, равнялась значению энергии, вычисленной по формуле (1.3).

Таким образом, в результате исследований угловых закономер­ ностей рассеяния частиц, проведенных в последние годы как у нас, так и за рубежом, был достигнут значительный успех в понимании рассеяния частиц твердым телом. В частности, был установлен закон упругого 1парного соударения, получивший подтверждение и развитие в последующих исследованиях. Учет кратности столк­ новения бомбардирующих ионов с атомами мишени позволил пол­ ностью раскрыть энергетическую характеристику рассеянных ионов. Максимум углового распределения, наличие которого вы­ зывало сомнение и противоречивые высказывания многих иссле­ дователей, объяснялся шероховатостью поверхности мишени, уве­ личением пути движения рассеянного иона в приповерхностном слое мишени и эффектом экранировки пучка рассеянных ионов поверхностными атомами мишени.

Наряду с описанными выше угловые закономерности рассея­ ния частиц твердым телом были исследованы нами (см. гл. I),

[23, 34, 36—38]. Однако, несмотря на значительный успех, достиг­ нутый совместными усилиями многих исследователей, ряд вопро­ сов рассеяния еще нельзя было считать окончательно решенным. К тому же результаты, полученные ранее, не позволяли обобщить выводы исследователей по некоторым вопросам рассеяния из-за их противоречивости. Поэтому дальнейшие исследования рассея­ ния ионов, особенно их угловых закономерностей, представляли большой интерес для понимания взаимодействия атомных частиц с твердым телом и могли дать новые количественные сведения о взаимодействии частиц, позволяющие решать многие практические задачи.

Как видно из изложенного, первым этапом понимания меха­ низма взаимодействия атомных частиц (ионов) с твердым телом

рассеяние первичного иона происходило на отдельных атомах ре­ шетки, которые следует рассматривать как существенно изолиро­ ванные. В энергетических распределениях атомных частиц, рассеян­ ных твердым телом па заданный угол рассеяния (5, обнаружива­ лись максимумы (пики), почти точно соответствующие энергии Е и определяемой из элементарной теории парного упругого соударе­ ния (1.2) [141]. Правильность такой точки зрения, как мы видели выше, подтвердилась во многих последующих работах.

Однако, как выяснилось в дальнейшем, максимальная энергия рассеянных ионов намного превосходила энергию, сохраняемую ионом при рассеянии на данный угол после первого соударения с атомами мишени [38, 45, 82, 107, 176, 184, 194]. Кроме того, обна­ ружение ионов рассеянных на углы большие, чем предельный угол рассеяния в случае, когда масса иона больше массы атома ми­ шени [77, 192, 193, 267], тоже противоречило высказанной точке зрения, если исходить из предположения однократных парных со­ ударений. К тому же авторы различных работ по-разному интер­ претировали эти обстоятельства. Так как существующие тогда экспериментальные данные не позволяли решить указанные про­ тиворечия в пользу одного из высказываний, возникла необходи­ мость дальнейших исследований для получения новых сведений по рассеянию. Нам казалось, что наиболее богатый и однозначный ответ в этом направлении можно получить, изучив угловые зако­ номерности рассеяния ионов твердым телом. К тому же до недав­ него времени этот вопрос оставался почти неисследованным. В первой серии работ [23, 28, 34, 36—38] нами исследованы угло­ вые закономерности рассеяния ионов поликристаллами по сле­

18