离子溅射(Ⅱ)

三、合金和化合物的溅射[2,21-23]1.择优(preferential)溅射现象 对合金、化合物的溅射与前面所述的对单质的溅射具有十分显著的差别.首先,即使同种原子。由单原子固体变为多种原子固体后,溅射产额也将发生十分显著的变化,这种现象在结合状态发生了很大变化的氧化物等中可以明显地看到.再者.构成固体的每种元素,溅射产额都不相同。所以被溅射固体的表面成分和溅射之前相比,发生了变化,这就是所谓的择优溅射观象.这种现象在多原子固体的溅射中是十分重要的. 一般用下述方法来分析评价择优溅射现象.为简单起见,考虑二元合金.构成二元合金的两…     

单层表面分析方法──低能离子散射和静态二次离子质谱

固体材料的表面特性,例如电子或离子的表面发射或表面吸收,分子的表面吸附,以及表面化学反应等。取决于材料的表面层。特别是最外原子层的组成和结构.自六十年代末期以来,研究表面组成和结构的方法已获得迅速发展[1].这些方法的信息深度范围一般为1—10个原子层,其中低能离子散射和静态二次离子质谱可用于单层表面分析.这两种方法都是用离子束来探测表面的.和用电子束入射的情形类似,用离子束入射时也能引起四种类型的粒子发射:离子散射和二次离子发射;中性粒子溅射;电子发射和光子发射.这些发射原理已构成多种表面的研究方法,见图1.在这些…     

多成分靶优先溅射的蒙特-卡罗计算

基于两体碰撞近似,本文用蒙特-卡罗方法研究离子轰击多成分靶引起的溅射。计算了1keV,10keV的氦离子和氖离子入射引起多成分、无定型靶表面总溅射产额和部分溅射产额;溅射粒子的能谱、角分布和深度来源分布。并计算了择优溅射引起材料表面组分相对浓度的变化。结果还表明,离子轰击多成分靶时,碰撞效应足以引起优先溅射,它是造成靶表面各种成分相对浓度变化的重要因素。 关键词：     

Pt(111)表面低能溅射现象的分子动力学模拟

利用嵌入原子方法的原子间相互作用势，通过分子动力学模拟，详细研究了贵金属原子在Pt (111)表面的低能溅射现象.模拟结果显示：对于垂直入射情况，入射原子的质量对Pt (11 1)表面的溅射阈值影响不大.当入射原子的能量小于溅射阈值时，入射原子基本以沉积为主 ；当入射原子的能量大于溅射阈值时，溅射产额随入射原子能量的增加而线性增大；当入射 原子能量达到200 eV时，各种入射原子的溅射产额都达到或接近1，此时入射原子主要起溅 射作用.溅射原子发射的角分布概率和溅射花样与高能溅射相类似.研究表明：与基于二体碰 撞近似的线性级联溅射理论不同，当入射原子能量大于溅射阈值时，低能入射原子的溅射产 额正比于入射原子的约化能量和入射原子与基体原子的质量比.通过对低能入射原子的钉扎 能力分析，提出了支配低能溅射的入射原子反射物理机理. 关键词： 分子动力学模拟、低能溅射     

溅射及其应用

当入射离子能量超过靶材料的溅射阈能时,就会发生溅射现象.离子刻蚀和薄膜生长乃是溅射实际应用中的两个重要方面. 一、溅射的物理基础1.溅射率随寓子入射能量的变化 一个离子轰击靶表面时,被溅射出来的靶原子数目称为溅射率S(原子数/离子).溅射率S随入射离子能量E的变化而变化     

低能Pt原子与Pt(111)表面相互作用的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法详细研究了低能Pt原子与Pt(111)表面的相互作用所导致的表面吸附原子、溅射原子、表面空位的产生及分布规律,给出了表面吸附原子产额、溅射原子产额和表面空位产额随入射Pt原子能量的变化关系.模拟结果显示:溅射产额、表面吸附原子产额和表面空位产额随入射原子的能量的增加而增加,溅射原子、表面吸附原子的分布花样呈3度旋转对称性质;当入射粒子能量高于溅射阈值时,表面吸附原子主要是基体最表面原子的贡献,入射粒子直接成为表面吸附原子的概率很小.其主要原因是:当入射粒子能量高于溅射能量阈值时,入射 关键词： 分子动力学 低能粒子 表面原子产额 空位缺陷 溅射     

高电荷态离子Arq+与不同金属靶作用产生的X射线

研究了高电荷态离子Arq+(q=16,17,18)入射金属Be,Al,Ni,Mo,Au靶表面产生的X射线谱.实验结果表明,Ar的Kα-X射线是离子在与固体表面相互作用过程中固体表面之下形成空心原子发射的.电子组态1s2的高电荷态Ar16+离子在金属表面中性化过程中,存在的多电子激发过程使Ar16+的K壳层电子激发产生空穴,级联退激发射Ar的Kα特征X射线.Ar17+离子在金属表面作用过程中产生的X射线谱形与靶材料没有明显的关联,入射离子的Kα-X射线产额与其最初的电子组态有关,靶原子的X射线产额与入射离子的动能有关.     

C+轰击铍的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了入射能量对C⁺离子与Be样品表面相互作用的影响。模拟结果表明,随着C⁺离子的入射能量增大,C⁺离子注入深度也增加,Be原子的溅射产额近似线性增加,而滞留在样品中的C原子数量变化不大,在C⁺离子轰击Be样品的初始阶段,样品中Be原子的溅射产额较大,而随着C⁺离子注入剂量的增加,Be原子的溅射产额逐渐减小并趋于稳定。在此作用过程中,在样品表面形成一个富C层,减缓了样品中Be原子的溅射速率,起到了保护Be样品的作用。     

离子束引起的固体原子混合

寓子束与固体相互作用改变了固体近表面处的组分、结构和性质..离子束与固体作用的基本物理现象归结为:(1)离子束穿透固体表面,由于和固体原子不断碰撞失去能量,而在固体近表面处形成离子元素的高斯分布;(2)高能离子和固体原子碰撞和级联碰撞使大量固体原子离位,在固体近表面处形成缺陷和亚稳结构;(3)离子束轰击下,固体表面原子被碰撞离开固体(溅射效应);(4)离子束和固休原子碰撞造成固体原子大量离位,起到固体内原子输运作用.如果离子束穿透两种元素界面,将在介面产生两种元素均匀交混层.这种作用称为离子束混合,实际上是寓子束使固体内原…     

1983年暑期表面物理专题讲习班简讯

由中国物理学会表面与界面专业委员会举办的1983年暑期表面物理专题讲习班于9月6日至24日在中国科学院物理研究所举行.听课学员180人,来自全国60个单位. 讲习班讲授内容分三部分:表面成分分析,表面结构分析,表面电子态的理论和实验研究.讲习班侧重提高,兼顾普及,编印了详细的讲义.其中表面成分分析包括:表面成分分析概述,离子散射谱(复旦大学朱昂如);x射线光电子谱的定性和定量分析,多组分固体表面的离子溅射(复旦大学董树忠);俄歇电子谱的定量分析(中国科学院半导体研究所陈维德);俄歇电子谱的深度成分分析(复旦大学张强基);俄歇电子谱分析…     

离子引出收集的沉积与溅射研究

研究离子引发收集过程中的沉积和溅射特性,给出了离子沉积和溅射的数理模型,其中重点分析了结合能、捕获概率和溅射系数这几个参数的物理意义和计算公式,给出了收集板总收集量和损失量.并且用计算机模拟了收集板的收集,给出不同的离子入射能量下入射离子元素沉积厚度和不同元素靶对各入射离子溅射特性的影响.得出以下的结论:随着离子沉积在收集板表面涂层厚度的增加溅射率也增加;离子的引出电压不是越高越好;轻质量离子的总收集率比较小;入射离子沉积和溅射特性和收集板靶原子质量有关,质量轻的金属材料作收集板,有利于提高离子的收集率. 关键词： 溅射 捕获概率 溅射概率     

离子溅射(Ⅰ)

荷能粒子轰击固体表面,打出离子和中性原子的现象称为溅射.由于离子易于在电磁场中加速或偏转,所以荷能粒子一般为离子,称这种溅射为离子溅射.随着真空技术、薄膜技术、表面分析技术以及表面科学的发展。离子溅射的用途越来越广泛,其重要性也日益为人们所共知.如今,离子溅射在溅射离子源、二次离子质谱分析(SIMS)、离子束分析、溅射镀膜、离子镀、离子和离子束刻蚀、表面微细加工等领域有广泛的应用.同时,溅射理论在分析核材料的辐照损伤,防止聚变堆中的等离子体沾污,研究离子注入、离子束混合等方面也有重要意义. 离于溅射理论经历了漫长…     

260～520 keV Krq+ (8≤q≤17)离子轰击Al靶产生的可见光辐射

低速高电荷态离子与金属表面相互作用,原子从靶材表面溅射,其中一部分处于激发态的溅射原子通过辐射退激产生可见光。在这一相互作用过程中,低速高电荷态离子从靶材表面捕获一个或多个电子进入其激发态,这些处于激发态的入射离子也会通过辐射退激产生可见光。研究表明,离子在靶材中的核阻止本领与溅射原子产额密切相关。为了更好地理解溅射原子的激发过程,认识低速高电荷态离子与金属相互作用过程中,溅射原子的激发概率与入射离子动能和势能之间的关联,研究了260～520 keV Krq+ (8≤q≤17)离子与Al靶相互作用过程中的可见光发射。给出了520 keV Kr13+ 与Al表面相互作用过程中,发射300～550 nm波长范围的发射光谱。实验结果包括溅射的Al原子在309.0和395.9 nm处的共振跃迁,Al+和Al2+分别在358.3和451.6 nm处的共振跃迁,以及Kr+在430.0,434.1,465.8和486.0 nm处的共振跃迁。还给出了谱线强度比值Y(309.0)/Y(395.9),Y(358.5)/Y(395.9),Y(452.8)/Y(395.9)随入射离子动能和势能的变化。结果表明：谱线强度比值均随入射离子动能的增加而增大,而比值Y(309.0)/Y(395.9)随势能的增加而减小。分析表明,在低速高电荷态离子与Al靶相互作用过程中,动能（电子阻止本领）和势能共同作用导致Al原子的激发,与激发态Al(4s)相比,电子布居较高激发态Al(3d)的概率随着离子电子阻止本领的增加而增大,而随着离子势能增加而减小。在低速高电荷态离子与金属表面相互作用过程中,入射离子在靶材中的核阻止本领影响溅射原子产额,而电子阻止本领与激发概率相关。在这一作用过程中,动能和势能共同决定溅射原子的激发概率,当动能和势能在同一数量级时,动能作用比势能作用小两个量级。     

高电荷态离子Arq+与不同金属靶作用产生的X射线

研究了高电荷态离子Ar^q+(q=16，17，18)入射金属Be，Al，Ni，Mo，Au靶表面产生的X射线谱.实验结果表明，Ar的Kα-X射线是离子在与固体表面相互作用过程中固体表面之下形成空心原子发射的.电子组态1s²的高电荷态Ar¹⁶⁺离子在金属表面中性化过程中，存在的多电子激发过程使Ar¹⁶⁺的K壳层电子激发产生空穴，级联退激发射Ar的Kα 特征X射线.Ar¹⁷⁺离子在金属表面作用过程中产生的X射线谱形与靶材料没有明显的关联,入射离子的Kα-X射线产额与其最初的电子组态有关，靶原子的X射线产额与入射离子的动能有关. 关键词： 高电荷态离子 空心原子 多电子激发 X射线     

离子薄层活化及其应用

离子薄层活化(TLA)是七十年代后期发展起来的一种核技术[1].在固体材料表面由于某种原因(例如磨损、腐蚀或溅射等)而有质量损失的情况下,这种新技术具有灵敏度高和可以进行原位测量等优点. 离子薄层活化也可称为放射性同位素的工业标记方法,在现代工业上有着广泛的应用价值.它在诸如机械部件的表面磨损、化学腐蚀、等离子侵蚀以及离子溅射等很多方面的研究测试中都是独具一格的手段. TLA方法的原理很简单.离子可以通过某种核反应使所要研究材料中的一种(或数种)核素变成放射性同位素,放射出具有一定能量的特征γ射线.如果样品表面有质量…     

高电荷态离子与SiO2表面相互作用的研究

高电荷态离子(Pbq ,Arq )由兰州近代物理研究所的ECR实验平台所产生,轰击非晶态SiO2表面.用微通道板测量溅射粒子产额的角分布.用公式拟合实验溅射角分布得到了较好的结果,并给出了初步的理论解释.由此得出了高电荷态离子与SiO2表面作用的微分溅射截面.实验结果表明高电荷态离子能够增加动能溅射;同时高电荷态离子入射能够引起势能溅射.在大角度入射时,溅射产额主要是由碰撞引起的;在小角入射时势能溅射所占比重会增大.     

用自洽的蒙特卡罗—流体结合模型模拟溅射过程

 采用自洽的蒙特卡罗－流体结合模型对溅射过程进行模拟,以了解等离子体粒子行为与溅射参数的关系。溅射过程包括气体放电和溅射原子传输。对于气体放电,蒙特卡罗部分模拟快电子和快气体原子,而流体部分则描述离子和慢电子。对于溅射原子传输,蒙特卡罗部分模拟溅射原子的碰撞过程,而流体部分则描述溅射原子的扩散和漂移。模拟的结果包括：等离子体粒子的密度和能量分布;不同电离机制对气体原子和溅射原子电离的贡献;不同等离子体粒子对阴极溅射碰撞的贡献;溅射原子的密度分布;溅射场和溅射粒子相对于入射离子能量和角度的分布;溅射原子经碰撞后在整个等离子体区的分布。     

光电子衍射

六十年代末,由于超高真空条件的获得,使低能电子衍射仪(LEED)逐渐发展成为实用的表面结构分析手段[1].在理论上,几种LEED的动力学理论也相继出现[2-4].利用LEED实验与理论计算的比较,可以决定长程有序表面结构,但对无序表面结构测定,LEED则无能为力. 七十年代中期开始,人们着手寻找一种新的表面结构分析方法,这种方法以LEED为基础,又弥补了它的不足.LEED的入射电子源是非相干源,如果用单色光激发表面层内原子,使之发射光电子,则这种光电子是相干电子源.光电子在固体中的衍射过程与LEED一样,分析光电子的衍射谱而获得表面原子结…     

高电荷态Ar17+离子与不同固体表面相互作用的X射线谱研究

报道了利用光谱技术研究高电荷态Ar17 离子入射金属Be、 Al、 Ni 、Mo、Au靶表面产生的X射线谱.实验结果发现Ar17 离子与固体表面作用发射的Ar Kα-X射线形状与靶材料没有明显的关系,随入射离子能量的增加,Kα-X射线强度减小.     

高电荷态Krq+与Al表面碰撞发射可见光的研究

利用低速(V≈0.01 V_Bohr)高电荷态Kr^q+ (q=8, 10, 13, 15, 17)离子轰击金属Al表面, 获得了碰撞过程产生的300–600 nm的光谱. 实验结果表明: 低能大流强(μA/cm²量级)离子束入射金属表面, 可产生溅射原子、离子和入射离子中性化后发射的可见光. 随着入射离子势能(电荷态)增加, 碰撞过程中发射谱线的强度增强. 与激发态3d能级相比, 较高的势能可以有效地激发Al原子的电子到较高4s能级. 关键词： 高电荷态离子 可见光发射 离子与表面作用