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

Кроме того, эти исследования, т. е. изучение влияния радиа­ ционных нарушений кристаллической решетки, вносимых ионным облучением, на угловые закономерности рассеяния, свидетель­ ствуют о возможности использования ориентационных зависимо­ стей явлений для определения температуры отжига радиационных нарушений и как метода количественного определения их (дефек­ тов) в кристаллах и в том числе в тонких (эшп аксиальных) пленках.

Таким образом, совокупность результатов исследований демон­ стрирует принадлежность атома кристаллической решетке, кото­ рая в ряде случаев действительно приводит к появлению ряда особенностей рассеяния ионов твердым телом по сравнению с рас­ сеянием газовой мишенью. Как мы видели (см. гл. III), в случае мишени из твердого тела в зависимости от кристаллической структуры и температуры многие угловые характеристики рассе­ яния резко изменяются, что связано со следующими обстоятель­ ствами: изменением прозрачности кристаллической решетки по отношению к пучку первичных ионов, которое в свою очередь при­

В случае же наличия радиационных дефектов повышение темпе­ ратуры кристалла, как мы видели, вызывает отжиг этих дефектов и соответственно резко изменяет характер рассеяния атомных частиц.

При рассмотрении угловых закономерностей рассеяния ионов поли- и монокристаллическимн сплавами также наблюдаются те закономерности рассеяния, которые обнаруживаются при исполь­ зовании мишеней, изготовленных из материалов, представляющих собой компоненты сплава. Однако в некоторых случаях была обнаружена своеобразная особенность рассеяния ионов слож­ ными образцами: например, когда масса атома одного компонента сплава меньше массы атома бомбардирующего иона, в угловых,

относится только к положению, но не к их форме. Ряд изменений и деформаций вида углового и энергетического распределений ионов, рассеянных сплавами, в зависимости от температуры

267

В случае монокристаллического сплава в угловых и энергети­ ческих распределениях рассеянных ионов, кроме особенностей, связанных с упорядоченным расположением атомов, наблюдается еще ряд особенностей, обусловленных расположением атомов различных наименований в узлах кристаллической решетки. Кро­ ме того, обнаруживаются эффекты, связанные с диффузией атомов наиболее летучего компонента сплава вдоль открытых каналов и возможностью перестановки атомов различных наименований в результате тепловой обработки.

Изучением угловых закономерностей прохождения тяжелых ионов через поли- и монокристаллические пленки металлов (гл. V) были установлены следующие закономерности рассеяния.

В зависимости от энергии и угла падения первичных помов между коэффициентами прохождения, поглощения и рассеяния наблюдается корреляция, что находится в соответствии с законом сохранения заряда. В случае монокристаллической пленки, кроме корреляции, обнаруживается анизотропия значений указанных коэффициентов в зависимости от ориентации пленки по отноше­ нию к пучку первичных ионов, что объясняется каналированием ионов вдоль основных кристаллических направлений кристалличе­ ской решетки мишени.

Аналогичная анизотропия, связанная с упорядоченной структу­ рой пленки, отмечается и при изучении углового и пространствен­

каналирования ионов и произведено сравнение их с критическими углами, найденными по формуле Пиндхарда [323] и Томпсона [205]. Последнее указало на удовлетворительное согласие между ними.

Эффекты, связанные с упорядоченной структурой пленки, наб­ людаются и при исследовании угловых зависимостей энергетиче­ ских распределений прошедших ионов. Потери энергии минималь­ ны, когда направление пучка ионов совпадает с основными кри­ сталлографическими осями решетки. Характер потери энергии ионами при прохождении и форма углового распределения про­ шедших ионов показали, что в исследованной области энергии (5—50 кэв) первичных ионов торможение сравнительно тяжелых ионов (Na+, К+) происходит в основном на атомах решетки. Рас­ смотрение кривых пробегов энергий, построенных по результатам кривых прохождений и измерений энергетических положений мак­

268

минимальная потеря энергии ионами при прохождении через кри­ сталлическую решетку пленки вдоль основных кристаллографиче­ ских осей связана с тем, что в этих направлениях часть ионного пучка проходит между рядами атомов, что приводит к уменьше­ нию всех физических эффектов, которые требуют близких соуда­ рений между частицей и атомом. Последнее, в свою очередь, приводит к уменьшению потери энергии, что и имеет место в эксперименте.

Рассмотрение угловых закономерностей рассеяния электронов

ния вторичных электронов, а также перераспределением доли раз­ личных групп вторичных электронов в эмиссии. В случае монокристаллического образца наблюдаемая анизотропия коэффициен­ та ВЭЭ в зависимости от угла падения первичных электронов в первом приближении хорошо объясняется деканалированием (поглощением) первичных электронов вдоль основных кристалло­ графических направлений образца.

Дело в том, что в случае деканалирования электроны могут поворачиваться обратно, еще не успев затратить значительную долю своей начальной энергии. А электроны с достаточной энер­ гией при выходе из кристалла эффективно вырывают вторичные (истинные) электроны, с чем и связано наличие главных макси­ мумов на фоне кривой а(Ф ). Следует также отметить, что такой результат может быть объяснен с квантовомеханических позиций, т. е. дифракцией электронных волн.

Действительно, не вникая в подробности теории дифракцион­

волны, но в первом случае пучности ее совпадают с положениями атомных плоскостей, где плотность объемного электронного обла­ ка больше. При этом электроны поглощаются сильнее, чем в аналогичном аморфном или поликристаллическом образце. Во втором случае пучности функции расположены между плоско­ стями кристалла, что приводит к аномальному пропусканию элек­ тронов. Однако малое изменение положения, полуширины, а так­ же, интенсивности главных пиков кривой а (Ф) в зависимости от энергии первичных электронов в широком .интервале свидетель­

269

ствует о том, что главные максимумы кривой а (Ф) в основном обусловлены эффектом деканалирования первичных электронов вдоль плотно упакованных направлений кристалла.

Как мы видели выше (гл. VI), на фоне кривых а (Ф) и о (£о), кроме главных пиков (максимумов) .положение которых не зависит от энергии Е 0, обнаруживаются второстепенные максиму­ мы и минимумы, т. е. сверхтонкая структура. Подробное рассмо­ трение поведения этих второстепенных пиков в зависимости от энергии и утла показывает, что они в основном обусловлены дифракцией электронов на кристаллах.

При определенных углах и энергиях в результате дифракции первичные электроны отклоняются от своего первоначального направления и могут проходить в области выхода медленных вто­ ричных электронов большой отрезок пути, что и приводит к уве­ личению значения о.

При изучении углового распределения вторичных электронов и изменения его вида в зависимости от энергии и угла падения первичных электронов установлено, что в случае поликристаллнческого образца и при малых углах падения оно (распределе­ ние) определяется функцией распределения медленных вторичных

при удлинении пути движения электронов, идущих изнутри образ­ ца по мере отклонения их направления от нормали к поверхности образца, что приводит к уменьшению их. Раздельное исследова­ ние углового распределения отдельных компонентов вторичной эмиссии подтверждает правильность такой точки зрения. Зеркаль­ ный характер углового распределения вторичных электронов при

сечения упругого рассеяния от угла и влиянием на выход электро­ нов под скользящими углами рельефа поверхности.

В случае монокристалла в угловом распределении, как мы ви­ дели, обнаруживается тонкая структура, т. е. на фоне углового распределения наблюдаются максимумы и минимумы. Подробное рассмотрение расположения и изменения этих минимумов и мак­

няются эффектами каналирования и деканалнровання электронов при входе в кристалл и выходе из него.

Рассмотрение характеристических потерь энергии электронов (ХПЭ) в веществе показывает, что наиболее важные сведения о природе потерь можно получить исследуя спектры ХПЭ электро­ нов, рассеянных поверхностью твердого тела, в зависимости от энергии, угла падения первичных электронов и природы мишени. В случае металлов ( Mo, W)первые пики характеристических по­

270