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

гая юстировка отверстия охранного цилиндра относительно от­ верстий коллектора и аитидинатронной сетки позволяла избавить­ ся от краевых эффектов.

По оси коллектора пропускался молибденовый стержень 4, к которому монтировался держатель мишени в виде коробки 5 с приспособлением для очистки поверхности мишени электронной

бомбардировкой. Коробка крепилась к молибденовому стержню таким образом, что нитевидная ось его лежала в плоскости среза мишени (кристалла). На стержне была установлена стрелка-ука­ затель 6, а на охранном цилиндре — шкала углов 7. К нижнему концу стержня с помощью рычагов прикреплялись магнитные ша­ рики А и В. С помощью внешних магнитов, установленных вокруг магнитных шариков А и В, можно было изменять ориентацию мишени до отношению к пучку первичных частиц (рис. 2 а).

20

Когда мишенью служила тонкая лента поликристалла, в устрой­ стве держателя мишени было предусмотрено приспособление, не допускавшее искривления поверхности мишени во время продол­ жительных тепловых обработок при высоких температурах, что обеспечивало точность определения угла падения первичных ионов на поверхность мишени.

Поскольку часто нужно было работать при высоких темпера­ турах кристалла, в ряде случаев коробка-держатель монокристал­ ла помещалась в другую, танталовую коробку несколько больше­ го размера. Внешняя коробка обычно защищала коллектор от термоэлектронов, идущих от внутренней коробочки, накаленной тепловым излучением и электронной бомбардировкой.

Против щели охранного цилиндра, предназначенной для вхо­ да пучка первичных ионов, жестко устанавливался ионный источ­ ник 8 с электроннооптической линзой 9 для фокусировки пучка на поверхность мишени. Подводка к ионному источнику (для накала его спирали, управления его электронно-оптических систем и т. д.) осуществлялась с помощью гибких никелевых лент, позволявших вращать коллектор и охранный цилиндр вместе с источником вокруг молибденового стержня, который проходит вдоль оси кол­ лектора. Последнее и давало возможность изменять угол падения пучка на поверхность мишени.

Была предусмотрена также возможность изменять угол паде­ ния пучка вращением вокруг своей оси молибденового стержня 4, к которому крепилась мишень, при этом положение ионного источ­

пучка первичных частиц. Коллектор с антидинатронной сеткой был заключен в медную коробку 5 цилиндрической формы (рис. 26). Медный охранный цилиндр тоже имел отверстие с dox= 2 мм для входа пучка первичных ионов.

Сферические формы коллектора и антидинатронной сетки и их достаточно большие диаметры (Дк = 95, dc = 90 мм) позволили максимально приблизиться к условию П. И. Лукирского [144], по которому равенство du/dK= 1/10 (dM— диаметр мишени) является наиболее идеальным условием равномерного отбора на коллектор

рического коллектора).

Против щели охранного цилиндра был жестко установлен ион­ ный источник 1 с элекростатической линзой 6. Данный источник

21

отличался от установленного в первом приборе тем, что его от­

ионов.

Изменение ориентации мишени 2 во втором приборе также осу­ ществлялось с помощью внешних магнитов А и В и приспособле­ ния, предусмотренного в конструкции мпшеневой ножки.

диффузионными насосами. Последние соединялись с прибором с помощью последовательно соединенных ловушек, заполняемых жидким азотом. После нескольких часов тепловой обработки раз­ личных деталей (ионный источник, мишень, приемная часть и др.) в приборе достигался вакуум (4—6)-10-8 тор, а рабочий вакуум был порядка (1—2)-10~7 тор.

Ионный источник. Одним из важных требований при исследо­ вании угловых закономерностей взаимодействия атомных частиц с твердым телом является высокая коллимированность пучка пер­ вичных частиц (малый угол сходимости, малый разброс по энер­

нами был выбран метод получения ионного пучка путем поверх­ ностной ионизации молекул галоидных солей щелочных и щелоч­ но-земельных металлов с последующей сепарацией от нейтральных атомов. Ионный источник, работающий на этом принципе, обла­ дает рядом преимуществ по сравнению с другими типами ионных источников, которыми пользовались исследователи [40, J04, 105, 272, 355] в ранних исследованиях углового и энергетического рас­ пределений вторичных ионов.

Рассмотрение принципа работы этих источников показывает, что в составе ионных пучков, кроме чужеродных примесей, всегда присутствовали нейтральные атомы и молекулы соли, из которой получались ионы. Наряду с однозарядными имелись и миогозарядные ионы, и в большинстве случаев эти источники работали не­ стабильно. Между тем для изучения угловых закономерностей взаимодействия ионов с твердым телом, как нами упомянуто вы­ ше, необходимо было выбрать такой ионный источник, который имел бы высокую коллимированность по энергиям, массам и за­ рядам, а в составе ионных пучков отсутствовали бы нейтральные компоненты как самих ионов, так и чужеродных атомов.

Этим требованиям удовлетворяет источник, в котором ионы образуются путем поверхностной ионизации молекул щелочно-га­ лоидных солей. Кроме перечисленных выше достоинств, назван­ ный источник имеет и другие положительные стороны. Он легко управляем по энергиям и по плотности пучка ионов и может ста­ бильно работать длительное время как по величине, так и по на­ правлению ионного пучка.

2?

Однако самым большим недостатком такого типа источника оказалось расплывание пятна пучка на поверхности мишени в зависимости от ускоряющих напряжений, прикладываемых меж­ ду его различными вытягивающими электродами. Последнее, т. е. расходимость (положительная и отрицательная аберрация) пучка, существенно при исследовании угловых закономерностей взаимо­ действия ионов с твердым телом. Наличие аберрации пучка при­ водит к некоторым неопределенностям угла падения пучка на поверхность мишени, что является определяющим параметром столкновения при изучении элементарных актов взаимодействия атомных частиц. Она также вызывает искажения эффектов, свя­ занных с упорядоченной структурой мишени.

В процессе работы нами были сконструированы и изготовлены несколько типов ионных источников, основанных на том же прин­ ципе поверхностной ионизации, но без вышеуказанных недостат­ ков. Это было достигнуто благодаря хорошему подбору (сочета­ нию) геометрии различных электродов источника, а главным об­ разом геометрии отклоняющего (сепарирующего) конденсатора, электростатических линз, служивших основными элементами по­ добных источников заряженных частиц, и расстояния от последней диафрагмы источника до мишени [127, 128]. Приведем краткое описание двух типов ионных источников, разработанных нами, и наиболее зарекомендовавших себя в процессе исследований.

Схематическое изображение источника с круглым сечением пучка показано на рис. За. Источник состоит из следующих основ­ ных частей: ионизирующая часть — А, сепарирующие устройства— Б и фокусирующие устройства — В.

В ионизирующую часть А источника входил цилиндр 1 с d\ = = 30, /ij=20 (пли d = 25, h = 18 мм), изготовленный из танталовой

(через торец цилиндра 1) имеет окошко 3 для закладки галоидных солей щелочных и щелочно-земельных элементов 4 в зависимости от того, какой сорт ионов надо получить. В верхней крышке ци­ линдра 2 проделано множество мелких отверстий для выхода мо­ лекул солей при нагреве вольфрамовой спирали 5 (rf•= 1,5 мм, число витков 12— 15, изготовлена из 200ц вольфрамовой проволо­ ки). Над спиралью 5 на расстоянии ~ 2 мм от нее установлен вы­ тягивающий электрод-воронка 6 с диаметрами нижнего и верхне­ го сечения конуса 18 и 3 мм соответственно. Вытягивающая воронка прикреплена к верхней крышке цилиндра 1 с помощью диафрагмы 7.

Сепарирующее устройство источника Б состоит из сферическо­ го конденсатора 8 с углом раствора 67°, изготовленного из танта­ ловой пластины толщиной 0,2 мм. Сферический конденсатор 8 установлен между двумя дифрагмами 9, имеющими круглые от­ верстия с с?3 = 3 мм для входа и выхода пучка ионов из поля сфе­

23