СКОЛЬЗЯЩИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИОН-ПОВЕРХНОСТЬ ТВЕРДОГО ТЕЛА: ОРИЕНТАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ И ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ АНАЛИЗА И МОДИФИКАЦИИ

В работе методом компьютерного моделирования исследованы скользящие взаимодействия ионов N⁺, Ne⁺, Ar⁺, Kr⁺, Be⁺ и Se⁺ с начальными энергиями E₀ = 0.5÷10 кэВ с поверхностью Cu (100), Ag (110), Si (001), SiC (001) и GaAs (001) и образования первично выбитых атомов отдачи. Показано, что в области скользящего рассеяния упругие потери энергии рассеянных ионов существенно меньше, чем неупругие. Установлено, что сравнение энергий рассеянных ионов с экспериментально измеренными энергетическими распределениями позволяет сделать заключение о наличии и величине моноатомных ступенек, а также расстояний между ними на нарушенной ионной бомбардировкой поверхности монокристалла. Рассчитаны коэффициенты распыления и десорбции, а также угловые, пространственные и энергетические распределения распыленных и десорбированных частиц. Показано, что при скользящем падении ионов на поверхность монокристалла распыленный и десорбированный поток образуют первично выбитые атомы с очень низкой энергией и максимумом при Е = 4÷5 эВ. Исследована диссоциативная и не диссоциативная десорбция адсорбированных молекул и показана возможность интенсивной не диссоциативной десорбции адсорбированных молекул. Рассчитаны пороги распыления по углу скольжения для одно- и двухкомпонентных кристаллов и их зависимости от массы, энергии бомбардирующих ионов и параметров структуры кристалла. Показано, что при скользящей ионной бомбардировке вдоль низкоиндексных направлений кристалла возможно послойное распыление поверхности монокристалла, оптимальное в узком интервале углов скольжения вблизи порогового угла распыления. Определены оптимальные условия для получения распределения имплантированных ионов по глубине с требуемой формой в приповерхностной области (5÷10 атомных слоев) кристалла. Предложен высокочувствительный метод послойного анализа кристаллических поверхностей.

1. Mashkova, E. S. and Molchanov,V. A. Medium Energy Ion Reflection from Solids. North-Holland Publ., Amsterdam (1985).

2. Eckstein W. Computer simulation of Ion-Solid Interactions. Springer, Heidelberg, (1991).

3. Parilis, E. S., Kishinevsky, L. M., Turaev, N. Yu., Baklitzky, B. E., Umarov, F. F., Verleger, V. Kh., Nizhnaya, S. and Bitensky, I. S. Atomic Collisions on Solid Surfaces. North-Holland Publ., Amsterdam (1993).

4. Машкова Е. С., Молчанов В. А. Применение рассеяния ионов для анализа твердых тел. М.: Энергоатомиздат, (1995).

5. Van Hove M.A. Atomic Scale Structure: from Surfaces to Nanomaterials. Surf. Sci., 603, 1301­-1305, (2009).

6. Begemann, S. H. A. and Boers, A. L. Surf. Sci., 30, 134 (1972).

7. Kapur Sh., Garrison B.J. Chem Phys. 75, 445 (1981).

8. Dzhurakhalov A. A., Rahmatov S. E., Yadgarov I. D. Nucl. Instr. and Meth. B 230, 560 (2005).

9. Labanda J. G. C., Barnett S. A.: Sep 1997, J. Electronic Mater.

10. Dzhurakhalov A. A., Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res., B216, 202. (2004).

11. Rzeznik L., Paruch L. Garrison B. J., Postava Z. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res., B269, 1586 (2011).

12. Frost F., Fechner R., Flamm D., Ziberi B., Frank W., Schindler A. Appl. Phys. A, 78, 651 (2004).

13. Umarov F. F., Dzhurakhalov A. A., Teshabaeva N. A., Appl. Surf. Sci., 125, 226. (1998).

14. Ziegler J. F., Biersack J. P., and Littmark U. Stopping and Ranges of Ions in Matters. Pergamon, NewYork (1983).

15. Robinson, M. T. and Torrens, I. M. Phys. Rev., B9, 5008 (1974).

16. Evdokimov I. N., Webb R. P., Armour D. G. and Karpuzov D. S. Radiat Eff. 42. 83 (1979).

17. Dzhurakhalov A. A., Umarov, F. F. Nucl. Instr. and Meth. B 136-138, 1092 (1998).

18. Evdokimov I. N., Mashkova E. S., Molchanov V. A. Dokl. Akad. Nauk SSSR, 186, 549 (1969).

19. Parilis E. S., Turaev N.Yu. and Umarov F. F. Radiat. Eff., 24, 207 (1975).

20. Umarov F. F., Dzhurakhalov A. A. The chapter 4 in the Book: Computer Simulations: Technology, Industrial Applications and Effects on Learning. ISBN 978-1-62257-580-0, Nova Sciences Publishers, Inc. NY, USA, P. 127-143, 2013.

21. Luitjens S. B., Algra A. J.,Suurmeijer E. P. Th. M. and Boers A. L. Surf. Sci. 100, 315 (1980).

22. Umarov F. F., Dzhurakhalov A. A., Teshabaeva N. A., Appl. Surf. Sci., 125, 226 ( 1998).

23. Umarov F. F., Dzhurakhalov A. A. Surf. Interface Anal., 45, 83 (2013).

24. Dzhurakhalov A. A., Umarov F. F. IEEE, 232 (2000).

25. Dzhurakhalov A.A., Ferleger V.Kh., Khakimov S., Surf. Sci. 433-435, 188 (1999).

26. Груич Д. Д., Морозов С. Н., Пичко С. В., Белкин В. С., Умаров Ф. Ф. и Джурахалов А. А. Авторское свидетельство СССР № 1262594. Способ послойного количественного анализа кристаллических твердых тел, (1986).

27. Груич Д. Д., Пичко С. В., Белкин В. С., Умаров Ф. Ф. и Джурахалов А. А. Авторское свидетельство СССР № 1262594. Способ ионной полировки металлов, (1988).

28. Shulga V. I. Radiat Eff., 51, 1 (1980).