Распыление твёрдых тел - разрушение твёрдых тел под действием бомбардировки их поверхности заряженными и нейтральными частицами (атомами, ионами, нейтронами, электронами и др.) и фотонами. Впервые наблюдалось как разрушение катода в газовом разряде (отсюда термин "катодное распыление"). Подукты распыления твёрдых тел - атомы, положит. и отрицат. ионы, а также нейтральные и ионизованные атомные и молекулярные комплексы (кластеры). Скорость распыления твёрдых тел характеризуют полным коэф. К, равным ср. числу всех частиц, испущенных мишенью, приходящихся на одну бомбардирующую частицу, или парциальными коэффициентами. Кроме К (интегральная характеристика) процесс распыления твёрдых тел определяется также дифференц. характеристиками: энергетич. распределением распылённых частиц, их угловым p зарядовым распределениями, распределением по состояниям возбуждения, по массам и др.
Различают неск. видов распыления твёрдых тел, отличающихся механизмом
процесса распыления твёрдых тел: столкновительное (физ., или ионное распыление твёрдых тел), к-рое доминирует в той
области энергий бомбардирующих частиц, где преобладают упругие процессы (ядерное
торможение); распыление твёрдых тел за счёт неупругих процессов - в результате возбуждения и ионизации
атомов твёрдого тела; химическое распыление твёрдых тел, к-рое возникает, если падающие частицы вступают
в реакцию с атомами твёрдого тела, в результате чего на поверхности образуются
летучие соединения. Возможны сочетания неск. механизмов распыления твёрдых тел.
Столкновительное распыление имеет место при передаче
кинетич. энергии бомбардирующих частиц атомам мишени. Вследствие этого нек-рые
атомы приобретают энергию, превышающую энергию связи Us поверхностных
атомов и покидают мишень. При энергиях
бомбардирующих
частиц ниже нек-рого порога
отсутствует
(К = 0). Величина
при
нормальном падения ионов на мишень (угол падения q = 0) изменяется от 4Us,
если массы ионов (Ми)и атомов мишени (Мм)
близки (Ми ! Мм), до 50 Us,
если Ми
Мм.
По мере увеличения 
коэф. К возрастает, проходит через
максимум, положение к-рого зависит от комбинации частица - мишень, и убывает
(рис. 1).
Рис. 1. Зависимость коэффициента распыления Си
от энергии бомбардирующих ионов Кr+.
Типичные значения К - в максимуме от 10-2
ат/ион (лёгкие ионы) до (1-5)·10 ат/ион (тяжёлые ионы). Зависимость К от
атомных номеров как бомбардирующих ионов Zи, так и
атомов материала мишени Zм является немонотонной. В частности, зависимость
от Zм качественно такая же, как и зависимость обратной величины энергии
сублимации
распыляемого
материала (рис. 2). При столкновительном распылении твёрдых тел под действием нейтронов К ~ 10-4-10-5
ат/ион. При увеличении угла q падения частиц на мишень К для поликристаллич.
и аморфных мишеней растёт, проходит через максимум (q = = 60-80°) и
затем убывает. Для монокристаллич. мишеней на фоне возрастания К с q
наблюдаются резкие его уменьшения, когда направление бомбардировки становится
параллельным либо осям, либо плоскостям мишени с низкими кристаллографич. индексами
(рис. 3). Зависимость К от температуры Т мишени обычно является слабой,
если только Т не близка к Tпл материала мишени либо
если в исследуемом температурном интервале мишень не претерпевает фазовых переходов.
В последнем случае К может резко изменяться в узком температурном интервале.
Коэф. К может зависеть также и от флюенса облучения и от состояния
облучаемой поверхности, в частности от размеров зёрен, текстуры поверхности,
шероховатости.
Рис. 2. Зависимость К от атомного номера
иона Z,,(a), от атомного номера Zм атома мишени
(б) и зависимость обратной величины энергии сублимации 
от Zм(в).
Рис. 3. Зависимость К от угла падения
q ионов на мишень.
Угл. распределение вылетающих частиц в случае
аморфных и по-ликристаллич. мишеней широкое. Если энергия бомбардирующих частиц
не слишком
мала и углы падения q не слишком велики, то распределение слабо зависит
от сорта частиц, 
,
q, и в первом приближении число распылённых частиц N ~
cos f (f - угол вылета относительно нормали к поверхности мишени).
При высоких энергиях распределение частиц более узкое, при низких - более широкое,
чем N ~ cos f. При увеличении
q максимум распределения сдвигается в направлении пучка бомбардирующих
ионов. В случае монокри-сталлич. мишеней наблюдается преимуществ. выход распылённого
вещества вдоль наиб. плотно упакованных направлений мишени (пятна Венера).
Энергетич. распределение распылённых частиц
широкое. Среди распылённых частиц имеются частицы как с тепловыми энергиями
, так и с энергиями
. Максимум распределения
наблюдается при 
~
1-10 эВ; его положение зависит от энергии сублимации 
атомов мишени. При 
(рис. 4). Ср. энергия
распылённых частиц тем меньше, чем больше К (для монокристаллич. мишеней
зависит также
от кристаллографич. направления).
При бомбардировке молекулярными ионами, а также
при бомбардировке тяжёлых мишеней тяжёлыми ионами могут наблюдаться нелинейные
эффекты. В частности, коэффициент распыления двухатомными молекулярными ионами может превышать
2К для атомарных ионов той же скорости, а
энергетич. распределение распылённых частиц может обогащаться частицами с энергиями
~
kT.
Рис. 4. Энергетическое распределение распылённых
частиц.
В процессе распыления твёрдых тел могут происходить изменения состава,
структуры и топографии поверхности. Под действием тяжёлых ионов образуются конусы
и пирамиды размером порядка мкм, гребни, канавки и ямки. При облучении лёгкими
ионами в приповерхностном слое могут появляться пузырьки газа, что приводит
к вспучиванию поверхности (блистерингу), шелушению и отслаиванию.
Теории столкновительного распыления твёрдых тел (напр., теория Зигмунда)
основаны на рассмотрении каскадов упругих столкновений, вызванных передачей
кинетич. энергии от бомбардирующей частицы атомам мишени. Различают 3 режима
столкновительного распыления твёрдых тел. Режим прямого выбивания реализуется вблизи порога 
при бомбардировке лёгкими ионами и при скользящем
падении; протяжённость каскадов невелика, значит. вклад дают первично выбитые
атомы (рис. 5). Режим линейных каскадов (реализуется для всех ионов, кроме самых
тяжёлых - с энергиями 
от
1 до неск. десятков кэВ и для нейтронов) характеризуется
малой плотностью распределения выбитых атомов, так что преобладают столкновения
движущихся атомов с неподвижными, а столкновения движущихся атомов
между собой происходят редко. Режим нелинейных каскадов (тепловых пиков) реализуется
для ионов с большими массами и молекулярных ионов. Плотность распределения выбитых
атомов столь высока, что большинство атомов внутри нек-рого объёма находится
в движении.
Рис. 5. Режимы столкновителыюго распыления.
Каскадные теории для распыления твёрдых тел с неупорядоченным
расположением атомов в режиме линейных каскадов, основанные на ур-нии Больцмана,
приводят к соотношениям
Распыление твёрдых тел за счёт упругих столкновений наиб, существенно
в металлах и полупроводниках.
Электронный механизм распыления реализуется,
если кинетич. энергия иона (электрона, фотона) расходуется на изменение внутрен.
энергии атомов мишени. Наблюдается для диэлектриков (щёлочно-галоидные соединения,
органич. соединения, отвердевшие газы, лёд, большие биомолекулы), а также для
ряда полупроводниковых соединений и мелкодисперсных металлов. Коэф. К могут
достигать значений ~103-104 ат/ион. Энергетич. зависимость
имеет
максимум в области максимума неупругих уд.
потерь энергии (электронное торможение). В зависимости от сочетания ион (электрон)
- мишень наблюдается либо прямая пропорциональная, либо более сильная - вплоть
до квадратичной - зависимость К от
Величина
К не зависит от Т вплоть до определ. пороговой температуры, после
чего наблюдается рост К при приближении к температуре, при к-рой происходит
либо сублимация мишени, либо разрыв молекулярных связей. Энергетич. распределения
распылённых частиц значительно более узкие, максимум наблюдается при энергиях,
значительно более низких, чем в случае столкновительного распыления твёрдых тел.
При распылении твёрдых тел под действием низкоэнергетич. электронов
и фотонов пороговая энергия 
того же порядка, что и ширина запрещённой
зоны 
мишени
и энергия экситонных переходов. Распыление твёрдых тел может
быть эффективным лишь для к--л. одного элемента соединения, напр, галогена в
щёлочно-галоидном соединении. При облучении фотонами число распылённых частиц
N растёт с ростом интенсивности облучения. Угл. распределение распылённого
вещества может различаться для разных компонентов. Так, для щёлочно-га-лоидных
соединений наблюдается преимущественное распыление твёрдых тел галогенов вдоль низкоиндексных осей
кристалла, тогда как распределение атомов щелочного металла N ~ cos
f. Большая доля распылённых частиц обладает тепловыми энергиями, но есть
и сверхтепловая компонента.
Единой теории преобразования энергии возбуждённого
или ионизов. атома твёрдого тела в кинетич. энергию движения атомов, приводящего
к распылению твёрдых тел, пока нет. Существует лишь ряд моделей (модель теплового пика, модель кулоновского
взрыва, экситонная модель и др.), объясняющих те или иные закономерности сочетания
бомбардирующих частиц и типа распыляемых материалов.
Химическое распыление. При химического распыления твёрдых тел между бомбардирующими
частицами и атомами мишени на поверхности в
результате хим. реакций образуются молекулы с низкой энергией связи, к-рые могут
десорбироваться при температуре мишени. Химическое распыление твёрдых тел наблюдается в нек-ром температурном
интервале. В этом интервале зависимость К(Т)обычно проходит через максимум;
чётко выраженной пороговой энергии нет. Коэф. К зависит от конкретного
сочетания химически активный ион - мишень. Энергетич. распределение молекул
в большой степени определяется температурой поверхности мишени.
Распыление твёрдых тел используется для получения атомно-чистых поверхностей, тонких плёнок, анализа поверхностей, при ионно-лучевой и ионно-плазменной обработке поверхностей. Распыление твёрдых тел лежит в основе ионно-плазменных способов травления материалов для целей микроэлектроники, играет важную роль в космич. материаловедении, в акустике, в технике ядерных реакторов (Распыление твёрдых тел под действием нейтронов) и термоядерных устройств, при консервации радиоакт. отходов и др.
Е. С. Машкова, В. А. Молчанов
Релятивисты и позитивисты утверждают, что "мысленный эксперимент" весьма полезный интрумент для проверки теорий (также возникающих в нашем уме) на непротиворечивость. В этом они обманывают людей, так как любая проверка может осуществляться только независимым от объекта проверки источником. Сам заявитель гипотезы не может быть проверкой своего же заявления, так как причина самого этого заявления есть отсутствие видимых для заявителя противоречий в заявлении.
Это мы видим на примере СТО и ОТО, превратившихся в своеобразный вид религии, управляющей наукой и общественным мнением. Никакое количество фактов, противоречащих им, не может преодолеть формулу Эйнштейна: "Если факт не соответствует теории - измените факт" (В другом варианте " - Факт не соответствует теории? - Тем хуже для факта").
Максимально, на что может претендовать "мысленный эксперимент" - это только на внутреннюю непротиворечивость гипотезы в рамках собственной, часто отнюдь не истинной логики заявителя. Соответсвие практике это не проверяет. Настоящая проверка может состояться только в действительном физическом эксперименте.
Эксперимент на то и эксперимент, что он есть не изощрение мысли, а проверка мысли. Непротиворечивая внутри себя мысль не может сама себя проверить. Это доказано Куртом Гёделем.
Понятие "мысленный эксперимент" придумано специально спекулянтами - релятивистами для шулерской подмены реальной проверки мысли на практике (эксперимента) своим "честным словом". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
