ионно-ионная эмиссия

ИОННО-ИОННАЯ ЭМИССИЯ (вторичная ионная эмиссия) - испускание ионов конденсированной средой при бомбардировке её ионами. В результате передачи частицам кинетич. энергии и импульса от первичных бомбардирующих ионов происходит распыление (см. Ионная бомбардировка ).Ионизация распылённых частиц происходит в процессе или после вылета в результате электронного обмена (см. ниже). При И.- и. э. могут быть выбиты как отрицательные, так и положит, ионы, в основном и в возбуждённом состояниях. В пучке вторичных ионов присутствуют многозарядные ионы и ионы соединений (напр., при бомбардировке А1 ионами Аr⁺ в атмосфере О₂ вылетают ионы А1₂О⁺₃, Аl_nО_m⁺). Кол-во многозарядных ионов растёт с энергией E₀ бомбардирующих ионов (напр., при бомбардировке W ионами Аr⁺ с энергией E₀=150 кэВ оно достигает 10%). Наблюдаются также заряж. скопления из многих атомов (кластерные ионы ),напр. W₃₄⁺; число таких ионов, как правило, невелико. И.- и. э. характеризуется коэф. И.- и. э. S⁶, равным отношению потока вторичных ионов данного типа к потоку первичных ионов. Присутствие в камере или

Рис. 1. Выход вторичных ионов (в относительных единицах) из Si при бомбардировке ионами Аr+ с энергией 4 кэВ в зависимости от давления р кислорода.

на поверхности эл--отрицат. газа, напр. О₂, повышает S⁺ на неск. порядков (рис. 1) (для эмиссии многозарядных ионов и кластеров зависимость S⁺ от давления О₂ более сложная); присутствие эл.- положит, газа (Cs) увеличивает эмиссию отрицат. ионов. И--и. э. зависит от энергии первичных ионов E₀ и начинается с нек-рой пороговой энергии порядка неск. десятков эВ. С увеличением E₀ коэф. S⁺ возрастает. При бомбардировке Si ионами Ar⁺ возрастание E₀ от 2 до 8 кэВ приводит к увеличению на порядок выхода однозарядных ионов материала мишени и к увеличению более чем на 3 порядка выхода многозарядных ионов (Si²⁺, Si³⁺; рис. 2). В этом диапазоне энергий S⁺ растёт быстрее, чем коэф. распыления S, достигает максимума и начинает падать с увеличением E₀, как и S. С возрастанием угла V падения ионов (отсчитываемого от нормали к поверхности) S⁺ увеличивается. Для

Рис. 2. Выход вторичных ионов из Si в зависимости от энергии E₀ бомбардирующих ионов Аr⁺.

монокристаллич. мишени зависимость S⁺(V) немонотонна: эмиссия минимальна, когда направление падения ионов совпадает с направлением низкоиндексных кристаллографич. осей. Коэф. S⁺ растёт с увеличением массы бомбардирующих ионов (для элементов, химически активных по отношению к веществу мишени, это правило нарушается). S⁺ является немонотонно убывающей ф-цией ат. номера материала мишени (рис. 3). Коэф. S⁺ увеличивается с уменьшением энергии ионизации атомов мишени и сложным образом зависит

Рис. 3. Зависимость коэффициента ионно-ионной эмиссии от атомного номера Z₂ материала мишени при бомбардировке ионами Аr⁺ с энергией 3 кэВ.

от темп-ры мишени Т. При невысоких темп-pax S⁺ меняется за счёт разложения соединений, содержащих ионы материала мишени и очистки поверхности. Начиная с некоторых температур, когда поверхность уже очищена, S⁺ не зависит от Т. При температурах фазовых переходов S⁺ испытывает существенные изменения. Энергетич. спектр положит, вторичных ионов имеет максимум при энергиях S порядка неск. эВ и "хвост" в сторону больших энергий (рис. 4). Для кластерных ионов спектр сужается и сдвигается в сторону меньших энергий. Энергетич. спектр отрицат. ионов более широк и смещён в сторону больших энергий. Пространств, распределение вторичных ионов похоже на распределение распылённых нейтральных частиц и зависит гл. обр. от энергии и углов падения бомбардирующих ионов и структуры мишени. Для поликристаллов, бомбардируемых нормально падающими ионами с энергией порядка неск. кэВ, пространств, распределение близко к изотропному. При наклонном падении первичных ионов (с энергией неск. кэВ) И--и. э. максимальна вблизи зеркального угла. Из монокристаллов наиб, число ионов вылетает в направлениях более плотной упаковки атомов. Существуют 2 теории И--и. э. Одна рассматривает каскады атомных столкновений (кинематич. механизм), приводящих к образованию иона или нейтральной возбужденной частицы, к-рая превращается в ион за счет оже-процесса (см. Оже-эффект ).Др. предполагает образование иона в результате электронного обмена между эмитированной вторичной частицей и поверхностью

Рис. 4. Энергетические спектры атомарных и кластерных ионов Аl при бомбардировке его ионами Ar⁺ с энергией 10 кэВ.

твердого тела (обменный механизм). Электронно-обменная теория приводит к след, выражению для вероятности ионизации R (S ⁺=R⁺S): Здесь I - энергия ионизации распыляемой частицы, Ф - работа выхода материала мишени, v - скорость первичной частицы, q - угол между направлением v и нормалью к поверхности, g - величина, характеризующая протяженность взаимодействия атома с поверхностью (обычно g~lЕ), коэф. с>1 характеризует уменьшение разности (I - Ф) за счет сил электрич. изображения. Для отрицат. ионов R^- описывается аналогичным выражением с заменой (I - Ф) на (Ф - А), где А - энергия сродства к электрону. И--и. э. в сочетании с анализом частиц по массе используется для исследования состава и структуры поверхности твёрдого тела и распределения элементов по глубине (вторично-ионная масс-спектроскопия). Лит.: Добрецов Л. Н., Гомоюнова М. В., Эмиссионная электроника. М., 1966; Черепин В. Т., Васильев М. А., Вторичная ионно-ионная эмиссия металлов и сплавов, К., 1975; Векслер В. И., Вторичная ионная эмиссия металлов, М., 1978; Электронная и ионная спектроскопия твёрдых тел, пер. с англ., М., 1981. В. Е. Юрасова.

   <<      Предметный указатель      >>