Ионное распыление и вторичная ионная эмиссия

Явление вторичной ионной эмиссии, как уже сказано, наблюдают при ионной бомбардировке поверхности преимущественно с энергией ионов 1−10 кэВ. В силу чрезвычайно широкого использования ионной бомбардировки в различных аспектах диагностики поверхности остановимся коротко на сопровождающих се явлениях и процессах. Основными из них являются следующие:

• • объемное и поверхностное рассеяние бомбардирующих ионов (в том числе с изменением их зарядового состояния);
• • эмиссия заряженных и нейтральных частиц и их комплексов: распыление, ВИЭ, ионно-электронная эмиссия (ИЭЭ), ионностимулированная десорбция (ИСД) с поверхности твердого тела;
• • испускание электромагнитного излучения с широким спектром частот (ионолюминссцснция, ионно-фотонная эмиссия (ИФЭ), рентгеновское излучение);

различные радиационные процессы, в т. ч. образование дефектов как в объеме твердого тела, так и на его поверхности.

Рис. 3.12. Схема основных процессов, обусловленных ионной бомбардировкой твердого тела. Показаны различные виды эмиссий заряженных и нейтральных частиц:

• 1 — бомбардирующий ион; 2 — объемное и поверхностное рассеяние бомбардирующих ионов (в том числе с изменением их зарядового состояния);
• 3 — эмиссия заряженных и нейтральных частиц и их комплексов: распыление,

ионно-стимулированная десорбция (ИСД) с поверхности твердого тела;

4 — вторичная ионная эмиссия (ВИЭ); 5 — ионно-электронная эмиссия (ИЭЭ);

испускание электромагнитного излучения с широким спектром частот;

• 6 — ионолюминесценция, рентгеновское излучение;
• 7 — ионно-фотонная эмиссия (ИФЭ)

На рис 3.12 показана схема перечисленных выше процессов и явлений. Первый этап всех этих процессов — элементарный акт столкновения иона с атомом твердого тела, результатом чего является перераспределение энергии и импульса бомбардирующего иона между рассеянным ионом и атомом мишени. Акт столкновения приводит к возникновению каскадов атомных столкновений, близких к изотропным, и протяженных в пространстве и во времени последовательностей столкновений определенной направленности, связанной с кристаллографическими особенностями твердого тела (например, фокусоны, динамические краудионы), а также процессов, сопровождающих перестройку электронных оболочек сталкивающихся атомов, что и обусловливает всю совокупность вторичных процессов (более подробно они рассмотрены в разделе 4).

Для характеристики эмиссионных явлений вводятся экспериментально измеряемые параметры. Так, для характерисктики ВИЗ вводят следующие величины:

• коэффициент выхода вторичных ионов, или коэффициент вторичной ионной эмиссии К" ОППРПРПЯРМЫЙ рпптнпшрнирм.

где N, Nq — соответственно число вторичных и бомбардирующих ионов;

• степень ионизации а, определяемая как отношение числа ионов 1V, — в общем потоке вторичных частиц к числу всех атомных частиц в этом потоке N_B:

• коэффициент распыления поверхности S определяется как.

Перечисленные параметры, очевидно, связаны между собой соотношением

Теории процессов, ответственных за величину параметров, введенных формулами (3.18)—(3.21), посвящен раздел 4 настоящего пособия.