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

кой пленкой) вокруг оси цилиндра, состоявшего из двух полу­ цилиндров 12 н 13, служащих коллекторами рассеянных назад и простреленных через фольгу ионов.

Коллекторы-полуцилиндры радиусом 40 мм были выточены из немагнитной нержавеющей стали и были снабжены антидинатронными сетками 14 и 15 соответственно, также имеющими вид полу­

200

цилиндра с радиусом 37 мм. Передний коллектор с сетками 12, 14 и задний коллектор с сетками 13, 15 надежно изолированы друг от друга, с помощью изоляторов спаены в два цилиндра и заклю­ чены внутрь охранного цилиндра 16 (диаметром 86 мм), который также был отделен от внутренних цилиндров (коллектора и антидинатроиной сетки). На задней сетке, коллекторе и на охранном цилиндре вдоль направления первичного пучка были сделаны ще­ ли размерами 6X18, 3x16 и 1x14 мм соответственно для выхода ионов, прошедших через фольгу (мишень). За охранным цилинд­ ром против этих щелей установлен 127-градусный электростатиче­ ский анализатор 17 (конденсатор) с радиусом равновесной траек­ тории 7?о=ЮО мм и входными и выходными щелями размером 0,3X14 мм. Ширина пластинок конденсатора, выточенных из меди, равна 40 мм. Для защиты от действия внешних электрических полей анализатор заключен в коробку 18. Расчет показывает, что в данном случае разрешающая способность анализатора по энер­

торой на неподвижной шкале показывало угол падения пучка пер­ вичных ионов на поверхность мишени. Вращательное устройство, вмонтированное в мишеневую ножку, позволяло фиксировать лю­ бой угол падения пучка ионов от 0 до 90° с точностью меньше одного градуса. Заменяя вращательное устройство на другое, мож­ но было вращать молибденовую шайбу с фольгой (мишенью) во­ круг оси, перпендикулярной к плоскости фольги, т. е. изменять азимутальный угол поворота мишени.

Ионы, распространяющиеся после прохождения пленки в на­ правлении щелей задней антидинатронной сетки 13, коллектора 15 и охранного цилиндра 16, которые расположены друг против дру­ га, попадали на вход анализатора 17 и под действием изменяю­ щегося во времени электрического поля на нем проходили на первый динод умножителя, распределенные во времени по. энергиям.

В результате такой работы электрической схемы установки- (рис. 79 б) на ленте автоматического потенциометра ЭПП-0,9 за­ писывались энергетические спектры ионов, прошедших через тон­ кие пленки.

Конструкция прибора и электрическая схема установки позво­ ляли одновременно с изучением угловой зависимости энергетиче­ ских спектров ионов, прошедших через тонкие пленки, исследо­ вать коэффициенты отражения г, поглощения у и прохождения ц ионов в зависимости от угла падения первичных ионов Ф.

Наличие в приборе антидинатронных сеток (передняя и задняя) дало возможность также анализировать угловые характеристики ионно-электронной эмиссии на отражении и на простреле.

20L

Исследования углового и пространственного распределений ионов, прошедших через тонкие фольги, проводились на приборе изображенном на рис. 80. Цилиндр Фарадея имел на входе ряд диафрагм и сетку, позволявшую отделить медленные ионы от быст­ рых рассеянных ионов и от электронов.

Вращение цилиндра Фарадея осуществлялось с помощью син­ хронного мотора типа dcd-2А, а сигнал через усилитель У 1-2 пода-

Рис. 80.

вался на вход потенциометра ЭПП-0,9. Это и отличало данный прибор от прибора, описанного выше.

При исследовании пространственного распределения ионов, прошедших через тонкие пленки цилиндр Фарадея оставался по­ стоянным, а мишень, отклоненная относительно пучка ионов, вра­ щалась вокруг оси, перпендикулярной к ее поверхности.

В данном приборе коллектором служил цилиндр диаметром ~ 90 мм, состоящий из двух частей, изолированных друг от друга

разрез (открытый участок), по которому двигался цилиндр Фара­ дея. В приборе также была предусмотрена возможность изменения ориентации мишени относительно пучка первичных ионов с по­ мощью внешнего магнита.

Таким образом, в приборе можно было исследовать угловое и пространственное распределения ионов, прошедших через тонкие фольги, в зависимости от угла падения и энергии первичных ионов.

:202

рост пленки наблюдается при более положительных температурах подложки Т > 350—600°К. Последнее, как нам кажется, обуслов­

лено отжигом дефектов кристалла NaCl, чем состоянием поверх­ ности ее.

Методика измерений. Энергетические распределения ионов, прошедших через тонкие свободные пленки, записывались авто­ матически на ленте электронного самопишущего потенциометра ЭПП-0,9. Сигнал (с анода умножителя, установленного против вы­ ходной щели анализатора) к нему подавался после усиления на электрометре типа У1-2. Процесс записи энергетических спектров осуществлялся с помощью электрической схемы, приведенной на

зы 2, ускорялся в промежутке от последней диафрагмы 3 электро­ статической линзы до вытягивающего цилиндра 4 до нужных зна­ чений энергии (1—50 кэв) и затем через входную щель охранного цилиндра 5 направлялся на мишень 9. На внешнюю обкладку анализатора 17 изменяющееся во времени напряжение подавалось от источника высоковольтного напряжения типа ВСЭ-2500 эв, ре­ гулирующая ручка выходного напряжения которого прикреплена

коси вращающегося барабана потенциометра ЭПП-0,9.

Врезультате такой работы электрической схемы установки на ленте потенциометра ЭПП-0,9 записывались энергетические спект­ ры ионов, прошедших через пленки. Фон проверялся на всех цепях измерений, и были приняты меры (экранировка измерительных це­

пей), чтобы свести фон к нулю. В цепях, где это не удавалось, фон учитывался при всех измерениях. Для увеличения точности изме­ рения записи кривых углового и пространственного распределений были автоматизированы с помощью электронного самопишущего потенциометра, подключенного к цилиндру Фарадея через электро­ метр. При этом вращение цилиндра Фарадея вокруг мишени син­ хронизировалось с периодом вращения барабана автоматического потенциометра.

§3. УГЛОВЫЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРОХОЖДЕНИЯ, ПОГЛОЩЕНИЯ И ОТРАЖЕНИЯ ИОНОВ ПРИ ПРОСТРЕЛЕ ПЛЕНОК ИОНАМИ

Измерялись коэффициенты прохождения г|, поглощения у и отражения г в зависимости от начальной энергии Е 0, угла па­ дения Ф и сорта простреливаемых ионов. Коэффициенты rj, у и г,

204

лагалисъ на медных сетках таким образом, что пучок первичных ионов вначале встречал сетку, а затем мишень.

В этом случае истинные коэффициенты прохождения т], погло­ щения у и отражения г определялись с учетом влияния взаимодей­ ствия ионов с сеткой и рассчитывались по формулам, предложен­ ным А. Я. Вятскиным [87] для определения указанных коэффици­ ентов при простреле тонких пленок ионами инертных газов:

прош

здесь /прош. /погл и / отр — измеренные значения токов при простре­ ле пленки, расположенной на медной сетке, ус, гс и х — коэффи­

циенты поглощения, отражения и прохождения (прозрачность) ионов при бомбардировке ионами сетки.

Значения коэффициентов г), у и г, найденные в контрольных опытах со свободной пленкой, и с той же пленкой, расположенной на сетке, совпали с точностью в 2%.

На рис. 82 представлены кривые т| (£0). у (£ 0) и г(Е 0), полу­ ченные при бомбардировке мишени из поликристаллической

На рис. 82 видно, что прохождение ионов начинается при неко­ торой граничной начальной энергии, зависящей от толщины плен­ ки; с увеличением энергии первичных ионов коэффициент прохож­

205

дения г] (Е0) монотонно возрастает. Коэффициент отражения г(Е 0) в начальный момент слегка тоже растет, а в области сравнительно больших энергий этот рост почти не заметен и значение г стремит­ ся к насыщению. Коэффициент у (£ 0) уменьшается с ростом на­ чальной энергии первичных ионов. Сравнение значений коэффици­ ентов ц, у, и г при различных углах и энергиях пучка первичных ионов (рис. 82) показывает, что между ними имеет место корреля­ ция, что находится в соответствии с законом сохранения заряда. Дальнейшее исследование показало, что до начала прохождения ионов через пленку процессы, определяющие выход частиц (с пе­ редней стороны пленки) происходят в приповерхностных слоях. Основанием для такого заключения является независимость коэф­ фициентов отражения г и поглощения у от толщины пленки и совпадение их значений с соответствующими коэффициентами для массивных (холодных) мишеней.

Кривая зависимости пробег — энергия, построенная по резуль­ татам кривых прохождений ц(Е 0), полученных при простреле пленки меди различных толщин ионами К+, в области энергии < 30 кэв имеет линейный характер, что свидетельствует об упру­

гих (атомных) столкновениях ионов при прохождении кристалли­ ческой решетки металла. В области Е0 д 40 кэв эта зависимость

отклоняется от прямолинейного закона, что указывает на возраста­ ющую роль неупругих потерь энергии ионами при прохождении через пленку.

На рис. 83 а приведены кривые зависимости коэффициентов гр у и г от угла падения первичных ионов, полученные при простреле

О

пленки меди толщиной х = 400 А ионами Na+ с энергиями 20, 25,. 30 кэв.

Как видно на рис. 83 а с увеличением угла падения Ф значение коэффициента отражения г возрастает примерно как 1/созФ, а значения коэффициентов прохождения т) и поглощения у наоборот уменьшаются и между ними имеет место хорошая корреляция в за­ висимости от угла Ф.

На рис. 83 б представлены кривые зависимостей т|(Ф), у(Ф ) и г(Ф ), полученных при бомбардировке пленки меди, выращенной на грани (100) NaCl ионами Na+ с энергией 25 кэв (монокристаллич­ ность выращенной пленки проверялась на электронографе). Здесь изменение угла падения на поверхность мишени осуществлялось поворотом мишени вокруг оси [001], и при этом плоскость падения

совпадала с плоскостью (001).

Как видно на рис. 83 б, в зависимости от угла падения наблю­ дается анизотропия у всех кривых г|(Ф), у(Ф ) и г(Ф ), что связа­ но с упорядоченной структурой пленки.

Известно, что если вектор скорости частицы составляет с осью атомной цепочки угол, меньший некоторой величины рю то ионы, не испытывая близких соударений с атомами, сохраняют направ­ ленное движение по каналу кристаллической решетки [323]. Со­ гласно Линдхарду, критический угол каналирования рк

206

Т а б л и ц а 5

Критические углы каналирования, град., мин.

Представлялось весьма интересным проверить, выполняется ли оценка критического угла каналирования [323] для изучавшихся нами явлений. В качестве параметра, связанного с величиной рк> мы взяли полуширину пика или минимума кривой г(Ф) или Т1 (Ф), так как критическому углу по Линдхарду соответствует именно

207