Ионно-ионная эмиссия (вторичная ионная эмиссия). РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

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 E₀и 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 функцией 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 температуры 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).

Литература по ионно-ионной эмиссии (вторичной ионной эмиссии)

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.