Многочисленные эксперименты показывают, что средняя энергия выбитых атомов возрастает с увеличением энергии и уменьшением массы бомбардирующих ионов, она возрастает также с уменьшением угла падения ионов, т.е. средняя энергия распыленных частиц возрастает с увеличением глубины проникновения ионов в вещество.
Несмотря на значительное число экспериментальных данных, природа катодного распыления полностью не выяснена. Для описания процессов распыления предложен ряд моделей. До недавнего времени большое число сторонников имела модель термического испарения атомов из участков локального перегрева, возникающих в месте встречи иона с поверхностью (модель «горячего пятна») или в окрестности быстрой вторичной частицы (модель «теплового клина»). В модели «горячего пятна» предполагается, что в точке падения иона происходит большое повышение температуры, сопровождающееся термическим испарением атомов. Однако экспериментальные данные плохо согласуются с этим допущением. Например, модель «горячего пятна» предсказывает увеличение S в области больших энергий, в действительности же наблюдается обратная зависимость (см. рис. 2). Средняя энергия распыленных частиц, как отмечалось выше, на несколько порядков превосходит энергию испарившихся атомов. В модели «теплового клина» предполагается, что быстрая частица, внедряясь в поверхность, в результате столкновения передает свою энергию некоторому числу атомов, заставляя совершать их колебания около равновесных положений в кристаллической решетке. Эти атомы передают энергию соседним атомам. Образуется возбужденная область — «тепловой клин», процесс остывания которого можно описать в рамках макроскопической теории теплопроводности.
Теплопроводность металлов, как известно, складывается из двух основных частей: теплопроводности кристаллической решетки и электронной. Предполагая, что остывание клина происходит только вследствие теплопроводности кристаллической решетки, малого времени существования клина и слабого взаимодействия между решеткой и электронами проводимости, делается ряд достаточно произвольных допущений для согласования расчетов с наблюдаемым низкоэнергетическим выходом распыленных частиц. Наиболее вероятно, что термически испаренные атомы вносят небольшой вклад в общую долю распыленных частиц при облучении ионами средней энергии, однако их доля должна возрастать при облучении тяжелыми ионами высокой энергии.
Более плодотворными оказались теории, в основе которых лежит представление о передаче импульса падающим ионом — модели столкновений. Падающий ион передает импульс атомам кристаллической решетки, которые, в свою очередь, передают импульс другим атомам решетки, вызывая тем самым каскад столкновений. Особенности столкновения падающего иона зависят от его энергии. Обычно энергии ионов разделяют следующим образом: высокие энергии, когда падающий ион проходит настолько близко от ядра, которое он смещает, что экранирующее действие электронного облака не учитывается, т.е. взаимодействие сводится к кулоновскому отталкиванию ядер (резерфордовские столкновения); промежуточные энергии, когда проявляется экранирующее действие электронных оболочек (слабо экранированные кулоновские столкновения); малые энергии, при которых происходит незначительное проникновение в электронные оболочки (столкновение твердых шаров).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.