Старшинов И. Н., Телегин А.
В., Магеря Е. Л.
Донецкий национальный университет, Украина.
Учет
испарения образца при измерении угловой зависимости коэффициента распыления Zn в условиях существенного вклада термического
механизма распыления
Ионное распыление нашло множество применений в различных областях физики. Поэтому важным остается фундаментальное исследование механизмов распыления. Основным механизмом распыления в интервале энергий падающих ионов от 1 до 100 кэВ является каскадный механизм. В данной работе исследуется термический механизм распыления и его вклад в общее распыление.
В
работе [1] было высказано предположение о том, что угловая зависимость
коэффициента распыления при преобладании
термического механизма может существенно отличаться от таковой при
каскадном механизме распыления. В этой работе производился расчет угловой
зависимости коэффициента распыления в рамках модели Р. Келли [3]. Результатом
является то, что при распылении по термическому механизму угловая зависимость
спадает с ростом угла падения ионного пучка, в то время как для каскадного
механизма характерна зависимость Y~cos(j)3/5
которая возрастает с ростом j. В работе
[2] производилось измерение угловой зависимости коэффициента распыления при
существенном вкладе термического механизма. Настоящая работа ставит целью учет
вклада испарения материала вызванного макроскопическим разогревом пучком на
угловую зависимость коэффициента распыления при условии доминирования
термического механизма распыления.
В
работе [2] приведены критерии выбора материала образца и условия существенности
вклада термического механизма. Также описана процедура снятия угловой
зависимости. При измерении угловой зависимости наблюдалось падение частоты в
промежутках между облучениям образца. График зависимости частоты от времени
показан на рис. 1.
Рис. 1. Зависимость изменения частоты Df от времени – кривая 1 и зависимость производной изменения частоты (dDf/dt) от времени – кривая 2, снятые при температуре образца 235o С
Сплошные вертикальные линии показывают
момент открытия пучка, пунктирные линии – отмечают момент прекращения облучения
образца. На графике, для каждого интервала в котором производилось облучение,
указан угол, при котором оно происходило.
Из приведенной зависимости видно, что в паузах между облучением
наблюдалось падение частоты не связанное с распылением материала. Это падение
частоты было вызвано осаждением на кварцевую пластину материала, испаряющегося
вследствие макроскопического разогрева образца. Для учета этого испарения
вычислялась средняя скорость изменения частоты во время пауз между облучениями.
Коэффициент распыления считался как разность среднего значения dDf/dt во время
облучения и значения этой производной в последующей паузе без облучения.
Угловая зависимость коэффициента распыления при T~230°C;, найденная из соответствующих зависимостей на рис.1
представлена на рис. 2 (кривая 1).
На рис 2., для сравнения, приведена также
угловая зависимость, снятая при комнатной температуре образца.
Рис. 2. Угловые зависимости коэффициента распыления
1 - при температуре 235°С без учета испарения, 2 – при комнатной температуре,
3 – при температуре 235°С с учетом испарения.
Был проведен также эксперимент по выявлению влияния распределения температуры вдоль поверхности образца на его испарение. Измерена разница температур между областью попадания ионного пучка и удаленным от нее краем образца. Установлено, что эта разница не превышает 3oС при токе пучка 20 мкА. В соответствии с результатами [2] этого недостаточно, чтобы существенно изменить скорость испарения.
Т.о. можно заключить, что учет испарения, вызванного макроскопическим разогревом образца облучающим пучком и градиент температуры вдоль поверхности образца существенно не влияют на вид исследуемой угловой зависимости и она отличается от таковой для каскадного механизма.
Литература:
1. И.А. Мельничук, В.Н. Варюхин, А.А. Богунец // Поверхность. №12, 2004, С.31-35.
2.
И.А. Мельничук, А.А. Богунец, И. Н. Старшинов // Известия РАН. №6, 2006, С.825-827.
3. R. Kelly // Radiation Effects. 1977.
V. 32. P. 91.