Ионно-электронная эмиссия

распределение отраженных ионов сильно зависит от состояния поверхности и

наличия адсорбированных молекул газа, наиболее изученным является процесс

отражения ионов щелочных металлов для тепловой обработки при использовании безинерционных методов измерений. Эксперименты показывают, что коэффициент отражения сильно зависит от энергии ионов при энергиях ионов меньше 660 эВ. При больших энергиях эта зависимость становится слабой и коэффициент отражения стремится к постоянному значению, зависящему от сочетания ион-мишень.

Закон углового распределения отраженных ионов близок к косинусоидальному, то есть количество отраженных ионов уменьшается с увеличением угла вылета.

Количество  ионов, вылетающих нормально к поверхности  при различных углах

падения первичного пучка, практически не зависит  от угла падения. 

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ИОННО-ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Существует  еще один путь возникновения ионно-электронной эмиссии, её, в отличие от описанной выше кинетической (зависящей от кинетической энергии ионов), называют потенциальной. При подходе иона к поверхности электрон может перейти из образца в ион (посредством автоэлектронной эмиссии), а избыточная энергия передается другому электрону образца, и если она превышает работу выхода, то электрон из образца может вылететь в вакуум.

Из всех методов, связанных с ионной бомбардировкой, наиболее широко используются методы, связанные с потоком  ионов, идущих от образца. Основных таких методов два. В одном из них исследуют рассеянные образцом первичные ионы, во втором — распыленные ионы материала объекта. Начнем с первого. Ион массы т налетает на поверхность, сталкивается с атомом массы М и отражается под углом 6 —С—С" и 6 = 90° (наиболее простой случай, стараются им и пользоваться) энергия отраженного иона относится к энергии падающего, как (М — т)/(М + т). Измерив отношение энергий, можно установить, с атомом какого элемента столкнулся ион.

К сожалению, при отлете от поверхности не менее 99% ионов нейтрализуется (превращается в нейтральные атомы), и энергетический анализатор их «не чувствует». Кроме того, метод усложняется из-за многократных столкновений ионов с атомами. Однако по угловому распределению отраженных ионов можно определить и взаимное расположение атомов. Сигнал от атомов, расположенных «глубоко», можно наблюдать только при движении ионов перпендикулярно к поверхности. Размер анализируемого участка («локальность») в этом методе составляет около микрометра.

Высокая чувствительность и локальность  привели к тому, что этот метод  сейчас один из наиболее распространенных, так же, как и второй метод этой группы — анализ масс ионов, выбитых из поверхности объекта. Этим методом можно устанавливать состав поверхности на такой же маленькой площади и он так же чувствителен к составу первого слоя атомов. 
 

ПРИМЕНЕНИЕ  ИОННО-ЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ

Востребованность  в познании физических процессов, протекающих на поверх-

ности металлов и химических соединений на их основе при воздействии на нее ускоренных частиц, напрямую связана со значительным количеством работ, выполненных в этом направлении. Полагали, что бомбардирующая частица вызывает эмиссию вторичных ионов, нейтральных атомов и электронов. Однако картина вторичных процессов, происходящих при взаимодействии ускоренных частиц с такой поверхностью, оказалась гораздо сложнее, как в отношении наблюдаемых явлений, так и в отношении вторичных частиц.

Количественно каждое из этих явлений характеризуется соответствующим коэффициентом вторичной эмиссии – числом вторичных частиц, приходящихся на одну падающую первичную. Обычно определяют значения этих коэффициентов, их зависимость от массы, потенциала ионизации, энергии, угла падения первичных частиц, природы, состояния и температуры бомбардируемого материала (мишени).

Физика  этих процессов уже давно служит базисом для промышленных разработок: электронно-ионные технологии, источники электронов и ионов вакуумных и газоразрядных приборов и др. Ограничившись системой ион – мишень, заметим, что в ней наиболее часто применяют ионы, несущие положительный заряд, хотя могут быть использованы и отрицательные ионы, и нейтральные атомы.

Характеризуется процесс ионно-электронной эмиссией – испусканием электронов поверхностью мишени. При этом происходит передача бомбардируемой мишени как поступательной энергии ионов (кинетическое выбивание), так и энергии, выделяющейся при их нейтрализации (потенциальное вырывание). При определенных условиях может возникать ионно-ионная эмиссия – испускание вторичных ионов поверхностью мишени при бомбардировке ее первичными ионами. Наряду с этим, при бомбардировке поверхности мишени положительными ионами происходит выбивание трех сортов частиц: атомов мишени, атомов и молекул загрязнений на ее поверхности и комплексов атомов, соответствующих химическим соединениям, образовавшимся в результате взаимодействия атомов и молекул загрязнений с атомами и молекулами мишени. Выбитые частицы могут покинуть бомбардируемую поверхность как в нейтральном состоянии, так и в виде положительных и отрицательных ионов.

Управлять этими  сложными физическими процессами в системах мишень – вакуум (газ) появляется практическая необходимость при создании долговечных источников заряженных частиц – вторично эмиссионных катодов. Они по-прежнему востребованы при разработке и производстве долговечных вакуумных сверхвысокочастотных приборов и газоразрядных лазеров. Так в газоразрядных гелий-неоновых (He-Ne) лазерах их основа – холодные катоды, поставляя в плазму тлеющего разряда вторичные электроны, полученные с их поверхности в процессе ионно-электронной эмиссии, в то же время распыляются. В диапазоне давлений He-Ne смеси 100…200 Па в результате бомбардировки, в основном ионами тяжелой компоненты (Ne+), процесс распыления поверхности холодных катодов наиболее интенсивен.