Ориентационные эффекты в процессах рассеяния и прохождения ионов и электронов через тонкие кристаллы .

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время в мире в области динамично развивающейся физической электроники одним из важных физических проблем является определение возможных механизмов, наблюдаемых в процессах взаимодействия заряженных частиц с поверхностью твердого тела и их нанопленками, а также разработка материалов обладающих определенными физическими свойствами для устройств наноэлектроники, микроэлектроники. С этой точки зрения изучение электронных процессов в тонких поли- и монокристаллических пленках считается одним из важнейших задач. В годы независимости в нашей стране в области эффективного развития физической электроники большое внимание уделено имеющим фундаментальное значение исследованиям включающим физико-химические явления и процессы в различных типах электронных приборов. В этом отношении в прикладной области по укреплению базы новыми качественными материалами обладающих заданными электрофизическими свойствами, усовершенствовании технологии их получения, а также по повышению качества путем внедрения дополнительных элементов в кристалл отвечающих современным требованиям достигнуты существенные результаты. На основе Стратегии действий дальнейшего развития Республики Узбекистан является наиболее важным, дальнейшие развитие отрасли микроэлектроники на основе фундаментальных исследований в области нанофизики за счет разработки новых технологий. В настоящее время в мире совершенствование технологии получения нанопленок твердых веществ, а также уменьшение дефектов в них, улучшение качественных показателей нанопленок имеет важное значение. В этом отношении целенаправленные научные исследования, в том числе выполнение научных поисков по нижеследующим направлениям являются важными задачами: усовершенствование установок по получению тонких пленок, теоретическое моделирование полученных практических результатов по химическим связям, создание модели кристаллической решетки при присутствии примесных атомов кислорода и углерода, образующихся при термической обработке молибдена и вольфрама, применение на практике спектров дисперсии потери энергии электронами при отражении от тонких свободных пленок меди и серебра и прохождении через них. Научные поиски выполненные по выше приведенным направлениям обосновывают актуальность и востребованность темы данной диссертации. Данная научно-исследовательская работа соответствует задачам обозначенных в Постановлении Президента Республики Узбекистан «О приоритетах развития промышленности Республики Узбекистан в 2011-2015 годах» от 15.12.2010 г. за № ПП-1442, Постановлении «О мероприятиях организации деятельности Академии наук, научно-исследовательских работ, управление и усовершенствование финансирования» от 17.02.2017г. за №ПП-2789 и определенной мере будет служить для выполнения поставленных задач. Целью исследования является выявление ориентационных эффектов, происходящих в процессах взаимодействии заряженных частиц с кристаллами различной природы, определение место локализации примесных атомов и развитии методов диагностики поверхности. Научная новизна исследования состоит в следующем: впервые обнаружено появление дополнительных оже-пиков вблизи оже линий L2.3VV в ионных оже-спектрах хорошо очищенных монокристаллов Mo, W, Si, Си и А1, что объясняется частичным образованием их окислов; установлена октаэдрическая позиция атомов кислорода и углерода, расположенных в междоузелях кристаллической решётки в приповерхностных слоях Мо(ЮО) и W(100), а также при бомбардировке монокристаллов W, А1 и Si электронами и ионами в одинаковых условиях обнаружено уменьшение интенсивности, увеличение полуширины, изменение энергетического положения основного оже-пика, что объясняется образованием квазимолекулы; в исследуемой области энергий пучка ионов Ео=5-4ОкэВ обнаружена тонкая структура энергетического распределения, обусловленная одновременным вкладом ионов, испытавших осевое, плоскостное каналирование и беспорядочное прохождение через монокристаллические свободные пленки Си и Ag; определена зависимость потери энергии ионами при каналировании через монокристаллические нанопленки от полярного и азимутального угла, и эти потери четыре раза меньше, относительно поликристалла, ионная имплантация аморфизирует кристаллическую решетку и в спектре с тонкой структурой сначала сглаживается максимум, обусловленный осевым, а затем плоскостным каналированием ионов; разработана простая осцилляторная модель диэлектрической проницаемости расчета функции и алгоритм вычисления спектров характеристических потерь энергии электронами, при этом расход энергии на возбуждение объемного плазмона при отражении электронов больше, чем при их прохождении; установлено, что переход материалов из кристаллического состояния в аморфное увеличивает вероятность электрон-фононных взаимодействий, а деформация функции распределения плотности электронных состояний приводит к большей потере энергии электронами; впервые предложена и реализована методика оценки степени аморфизации поверхностных слоев тонких свободных пленок металлов при ионной бомбардировке. Заключение 1. Усовершенствованы экспериментальные установки и методов исследований: сверхвысоковакуумный универсальный электронный и ионный малоугловой спектрометр, вторично-ионный масс-сп ктрометр, установки для получения тонких свободных пленок металлов. 2. На основе сравнительного анализа Оже-спектров, полученных при ионной и электронной бомбардировке монокристаллов W, Si и А1 впервые обнаружено раздвоение основного L2.3VV пика в ионных оже-спектрах А1 и Si, которое объясняется образованием окислов при локальном нагреве отдельных участков поверхности под действием бомбардирующих ионов. 3. Впервые с использованием ориентационных и угловых зависимостей Оже-спектров определены местоположения атомов примесных элементов О, С в кристаллической решетке монокристаллов, которые образуют соединения типа МоО, MoOz, WO, WO2 в октаэдрических позициях 4 '4 0. 4. Развита теория плазмонных возбуждений и установлено, что в переходных металлах структура спектров характеристических потерь энергии электронами обусловлена не только плазмонным возбуждением валентных электронов, но и особенностью зонной структуры, связанных с электронными межзонными переходами вида d-p и d-f, внутризонными переходами типа d-d, а также обнаружена анизотропия потерь энергии электронами, прошедшими через монокристаллические пленки Си и Ag в зависимости от ориентации кристалла. 5. В энергетическом спектре ионов (Ео= 10-30 кэВ), прошедших через тонкие монокристалличекие пленки меди обнаружены три четко выраженных максимума, которые объясняются эффектами осевого и плоскостного каналирования, а также беспорядочным прохождением ионов через кристалл, установлена взаимосвязь между структурой кристалла и структурой углового и энергетического распределений прошедших ионов. 6. Установлено, что при одинаковых условиях бомбардировки разупорядочение поверхности зависит не только от концентрации внедренной примеси, но от массы, энергии и радиуса ионов, а также определена зависимость потери энергии каналированных и неканалированных ионов от массы, энергии и радиуса бомбардирующих ионов, что важно для идентификации столкновительных процессов частиц вблизи поверхности. 7. Для описания структуры спектров характеристических потерь энергии предложен преобразованный вариант осцилляторной модели диэлектрической проницаемости, а также критерий коррелирован пости дисперсионных кривых, полученных квантомеханическим способом и с использованием спектров Си, Ag, Si и Gc. 8. Обнаружено, что энергия возбуждения объемных плазмонных потерь электронов прошедших через и отраженных от поверхности свободных тонких пленок отличается на 1-1,5 эВ, что обусловлено особенностями процессов возбуждения в различных геометриях опыта, определена значение hcopv аморфизированной пленки на 1-2 эВ больше, чем для монокристаллической пленки, находящейся в условиях реализации эффекта каналирования электронов. 9. Впервые по изменению интенсивности упругого пика электронов, прошедших через тонкие пленки Си(ЮО), оценена степень аморфизации поверхности и площадь разупорядоченного слоя, в частности при Eq=0.5 кэВ и Д=1015 см-2 происходит разупорядочение 35-40% облученной ионами поверхности, при этом толщина разупорядоченного слоя составляет 60-80А.