.

Кутові і енергетичні розподіли іонів, емітованих одноелементними та сплавними рідкометалевими джерелами: Автореф. дис… канд. фіз.-мат. наук / В.С. К

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 1697
Скачать документ

НацІональна академІЯ наук украЇни
Інститут фІзики

На правах рукопису

Кулик ВІктор СеменовиЧ

УДК 537:534.1

КутовІ І енергетиЧнІ розподІли ІонІв,
емІтованих одноелементними та сплавними
рІдкометалевими джерелами

Спеціальність 01.04.04.- фізична електроніка

автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук

Київ – 1999Дисертація є рукописом

Робота виконана у відділі фізичної електроніки Інституту фізики НАН України

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук,
професор Медведєв Валентин Кузьмич

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук
Горшков Вячеслав Миколайович,
(Інститут фізики НАН України)

кандидат фізико-математичних наук
Козирєв Юрій Миколайович
(Інститут хімії поверхні НАН України)

Провідна організація: Національний університет ім. Т. Шевченка,
радіофізичний факультет

Захист відбудеться “28” жовтня 1999 р. о 16 годині
на засіданні Спеціалізованої вченої ради Д 26.159.01
при Інституті фізики НАН України (252022, Київ, проспект Науки,46)

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Інституту фізики НАН України

Автореферат розіслано 23 вересня 1999 р.

Вчений секретар
Спеціалізованої вченої ради
кандидат фізико-математичних наук Іщук В.А.
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми
Одним із пріоритетних напрямів розвитку мікроелектроніки є розробка і створення унікального інструментарію нанотехнологій, за допомогою якого можна виготовляти електронні і оптичні схеми з розмірами елементів, меншими десяти нанометрів. Застосування рідкометалевих джерел іонів (РМДІ) в іонно-променевих пристроях дає можливість створення прецизійного, універсального інструмента, що може задовольнити ці вимоги. Гостросфокусовані іонні пучки РМДІ з керованою енергією і відхиленням, за останні роки знайшли широке практичне застосування для різних видів обробки мікронних об’єктів, для прямої (безмаскової) імплантації домішок в напівпровідникові матеріали, для літографічних робіт, а також для проведення елементного аналізу досліджуваних об’єктів [1,2]. Отже РМДІ може бути не тільки частиною таких інструментів, а ще й основою для розробки багатьох методик фізичних досліджень. Яскравість РМДІ є рекордною серед відомих джерел іонів (~108А/см2.ср), область емісії становить мільйонну частку квадратного мікрометра. Таким чином, це практично точкове джерело. Розкид емітованих ним іонів по енергіях залежить в основному від величини емісійного струму і становить ~5ё50 еВ. В найпростішому вигляді РМДІ складається всього з двох електродів: емітера, яким може бути капіляр, заповнений розплавом металу, чи змочене ним направляюче вістря, і екстрактора (колектора) іонів. Таке джерело займає об’єм біля одного кубічного сантиметра. Навіть простою системою електростатичних лінз вдається сфокусувати іони РМДІ в цятку діаметром ~50 нм.
Фокусувальні пристрої, які мають систему для розділення іонів різних мас і зарядів, дозволяють використовувати сплавні джерела в іонно-променевих установках. Сплавні джерела не тільки розширюють спектр необхідних для використання іонів, а й дають можливість без зміни джерела проводити обробку об’єктів різними іонами в одному технологічному циклі.
Слід зауважити, що чим ширше РМДІ впроваджується в практичні розробки, тим нагальнішими стають питання не тільки практичного, а й теоретичного характеру. На даний момент є ще багато питань стосовно механізмів роботи рідкометалевих джерел, єдиної думки про які ще немає . Отже самі джерела є складними фізичними об’єктами, які необхідно вивчати. Зрозуміло, що складність цього перспективного джерела обумовлена тим, що в невеликому за розмірами об’ємі простору (в декілька нанометрів), на межі метал-вакуум відбуваються одночасно багато взаємопов’язаних фізичних явищ. Основними з них є: електрогідродинамічний рух рідкого металу; дія сил поверхневого натягу в умовах руху рідини і дії електричних полів, які досягають величин близьких до внутрішньоатомних; польове випаровування при щільності емітованих іонів, що наближаються до щільності атомів у поверхневому шарі рідини; взаємодія емітованих заряджених частинок між собою і вплив просторового заряду на область емісії; процеси взаємоузгодженої зміни форми рідкої плівки і розподілу електричного поля над нею; коливання поверхні рідкого металу та інші. До актуальних практичних проблем належать наступні питання, що стосуються емісійних характеристик джерел:
а) спектр заряджених частинок, що емітуються джерелом,
б) кутові розподіли іонів (кутова густина іонних струмів у різних напрямках емісії),
в) розподіл іонів по енергіях (в основному вздовж осі конусу емісії),
г) залежність емісійних характеристик від температури джерела, величини загального емісійного струму і від складу сплаву для сплавних джерел.
При цьому важливо не тільки дослідити нові джерела і виявити чинники, що впливають на їхні емісійні характеристики, а й досягти глибшого розуміння фізичних процесів, що відбуваються в РМДІ. Зокрема, дослідження сплавного AuSi-РМДІ [3] групою Свонсона, а також дослідження сплавного GaІn-РМДІ в нашій лабораторії показали, що кутові розподіли іонів цих джерел є “незвичайними” в порівнянні із розподілами іонів одноелементних РМДІ. Ця незвичайність полягає в тому, що іони одних елементів емітуються з максимальною інтенсивністю переважно вздовж осі конусу емісії (іони Ga для GaІn-РМДІ), тоді як інші мають максимум інтенсивності під кутом 10-14° до осі конусу емісії (іони In, GaIn-РМДІ). В роботі [4] було запропоновано перше модельне уявлення про механізм формування таких кутових розподілів іонів, що грунтувалося на врахуванні різних величин напруженості електричних полів, необхідних для польового випаровування різних елементів сплаву. Це було першим кроком до глибшого розуміння механізмів роботи сплавних РМДІ, але не все в рамках цієї моделі можна було пояснити. Важко було зрозуміти, наприклад, зміну характеру кутових розподілів іонів від температури і величини емісійного струму джерела. Тому вивчення сплавних джерел було продовжено, а результати досліджень як одноелементних, так і сплавних РМДІ та аналіз цих результатів складають основу даної дисертації.

Мета дисертаційної роботи
– експериментальне дослідження одноелементних та сплавних рідкометалевих джерел на основі Ga, Li, GaІn, GaInAg, GaInCu, GaInSn за допомогою мас-спектрометричної методики для визначення їх емісійних характеристик;
– виявлення чинників, які впливають на кутові і енергетичні розподіли іонів РМДІ, стабільність роботи джерел;
-пошук можливостей керування кутовими і енергетичними розподілами іонів шляхом зміни елементного складу сплавів, температури, величини емісійного струму джерел;
– розвиток уявлень про механізми формування кутових і енергетичних розподілів іонів РМДІ на основі отриманих результатів.
Наукова новизна роботи полягає в тому, що в ній вперше:
1. Виявлено в області припорогових емісійних струмів стрибкоподібний перехід рідкометалевих джерел в режим малих емісійних струмів (I режим), при певній критичній для кожного джерела величині емісійного струму (Iкр). Кутові і енергетичні розподіли цього режиму відрізняються від аналогічних розподілів в режимі середніх струмів (режим II). Перехід джерела із одного режиму в другий є оборотним. При переході через Iкр стрибком змінюються величина загального емісійного струму, кут конусу емісії іонів, кутова густина іонних струмів.
2. Для досліджених рідкометалевих джерел (Ga, GaІn, GaІnAg, GaІnCu, GaІnSn, Li–РМДІ) визначено інтервали струмів I режиму роботи, критичні струми, кутові і енергетичні розподіли іонів.
3. Експериментально встановлено, що залежність ширини енергорозподілу іонів від величини загального емісійного струму має мінімум в області струму Iкр.
4. Знайдено один із можливих способів керування кутовими і енергетичними розподілами іонів шляхом введення в сплав елементів, що мають тенденцію до сегрегації в поверхневих шарах розплавів РМДІ (добавки таких елементів мають бути від одиниць до 20-30 ат.%). При потенціалі іонізації сегрегуючого елемента, вищому за потенціал іонізації елемента-розчинника, кутові розподіли іонів вужчають, а кутова густина іонних струмів зростає.
5. Порівняльними дослідженнями сплавних джерел встановлено, що в І режимі роботи джерел домінує емісія іонів з поверхневих шарів розплаву.
Практична цінність роботи
1. Розроблені нові джерела і за допомогою по мас-спектрометрії досліджені їх емісійні характеристики (Ga, GaІn, GaІnSn, GaInCu, GaInAg, Li-РМДІ).
2. Знайдена можливість керування кутовими і енергетичними розподілами іонів сплавних РМДІ, що є важливим при розробці нових джерел з наперед заданими параметрами.
3. Експериментально встановлена залежність енергорозкиду іонів РМДІ від величини струму (в І і ІІ режимі роботи) дає можливість для цілеспрямованого пошуку оптимальних параметрів рідкометалевих джерел, бо саме в області критичних струмів переходу джерела із режиму в режим кут конусу емісії найвужчий, а енергорозкид іонів близький до мінімального.
4. Отримано нові відомості про емісійні характеристики РМДІ в області припорогових струмів, а саме, визначенням характеру зміни кутових і енергетичних розподілів іонів експериментально засвідчено перехідний етап в роботі РМДІ. В модельному уявленні він зв`язує статичну модель – конус Тейлора – і динамічно рівноважну модель роботи РМДІ.
Основні положення, що виносяться на захист
1. Вперше, на прикладі сплавних рідкометалевих джерел іонів GaInAg, GaInSn, GaInCu, GaIn, експериментально встановлено можливий спосіб керування кутовими і енергетичними розподілами іонів джерела шляхом введення в сплав компонента-домішки, що має здатність до сегрегації в поверхневих шарах сплаву. Вплив на кутові і енергетичні розподіли іонів джерела полягає в зменшенні чи збільшенні кута конусу емісії в залежності від співвідношення між потенціалом іонізації компонента-домішки і компонента-розчинника. Більший потенціал іонізації домішки зменшує кут конусу емісії джерела, менший – збільшує.
2. Експериментально встановлено стрибкоподібний перехід одноелементних і сплавних рідкометалевих джерел іонів на основі Ga, GaIn, GaInAg, GaInSn, GaInCu, Li в режим малих струмів (І режим), який відрізняється кутовими і енергетичними розподілами іонів від режиму середніх струмів (режим ІІ). В І режимі кут емісії іонів залишається практично незмінним, а енергорозкид іонів зменшується при збільшенні емісійного струму, на відміну від енергорозкиду в режимі ІІ. Стрибкоподібний перехід між режимами відбувається при певному для кожного джерела критичному емісійному струмі. Стрибком змінюються: величина емісійного струму (на 10-30%), кут конусу емісії (в 1,5-2 рази), кутова густина іонних струмів (від 3-4 до 20-25 разів).
3. Порівняльними дослідженнями рідкометалевих сплавних джерел іонів, що містять компоненту, здатну до сегрегації в поверхневих шарах розплаву (Іn, Sn), встановлено відмінність у співвідношеннях іонних струмів компонентів в І і ІІ режимах роботи джерела. Відношення іонного струму сегрегуючого компонента до струму компонента-розчинника в І режимі більші, ніж в режимі ІІ. Це свідчить про те, що області емісії І режиму формуються переважно з поверхневих шарів розплаву джерела.
Особистий внесок автора в опублікувані праці:
1. Розробка і створення на основі мас-спектрометра МІ-1201Т методики, що дозволяє досліджувати кутові і енергетичні розподіли іонів рідкометалевих джерел.
2. Виготовлення експериментальних зразків РМДІ та розробка оригінальних технологічних способів заповнення джерел розплавами металів і сплавів (безтигельне заповнення в вакуумі).
3. Проведення систематичних досліджень групи одноелементних та сплавних джерел – Ga, GaIn, GaInAg, GaInCu, GaInSn, Li – РМДІ.
4. Обробка та інтерпретація результатів досліджень.
5. Активна участь в постановці фізичних задач.
6. Участі в написанні і підготовці до друку статей, що складають основу даної дисертаційної роботи.
Достовірність результатів забезпечена сучасним рівнем техніки, що використовувалася при дослідженнях, чіткою відтворюванністю одержаних результатів і відповідністю при порівнянні ряду експериментальних даних з даними, що були отримані іншими авторами при використанні відмінних методик досліджень.
Апробація роботи
Матеріали дисертації доповідались і обговорювалися на:
3-ій Всесоюзній конференції з питань мікроаналізу і іонних пучків (Суми, 1990);
38-му Міжнародному симпозіумі з польової емісії (Австрія, Відень, 1991);
6-ій Республіканській конференції з фізичних проблем мікроелектроніки (Севастополь, 1990);
Всесоюзному семінарі з молекулярно-променевої епітаксії (Новосибірськ, 1991);
5-ій Міжнародній конференції з вакуумної електроніки (Австрія, Відень, 1992);
22-ій Конференції з емісійної електроніки (Росія, Москва, 1994);
Міжнародній конференції ІМС’94 (Франція, Гренобль, 1994);
43-му Міжнародному симпозіумі з польової емісії (Росія, Москва, 1996);
Міжнародній конференції з питань емісійної електроніки і нових технологій (Узбекистан, Ташкент, 1997).
Структура дисертації
Дисертація складається із вступу, чотирьох основних розділів, підсумкового розділу і списку цитованої літератури із 112 найменувань. Дисертація викладена на 148 сторінках тексту і містить 52 рисунки і 1 таблицю.
Короткий зміст дисертації
У вступі обгрунтовано актуальність теми досліджень, сформульовано мету роботи і положення, що виносяться на захист, відображено наукову новизну та практичну цінність роботи.
Перший розділ дисертації має оглядовий характер і присвячений аналізу експериментальних даних, а саме, емісійних характеристик рідкометалевих джерел, теорії польового випаровування як основного механізму емісії іонів цих джерел, а також існуючих на даний час модельних уявлень про механізми дії РМДІ. В окремих підрозділах розглядаються конструкції і умови, необхідні для роботи рідкометалевих джерел, основні властивості рідин і їх поверхневого шару, евтектичні сплави і їх основні властивості. В кінці розділу проведено порівняльний аналіз роботи рідкометалевих джерел і джерел з твердим емітером (вістря польового іонного мікроскопа -ПІМ), а також визначено коло питань, вирішення яких на даний момент важливо як для потреб практичного використання РМДІ, так і для глибшого розуміння цього складного фізичного об’єкта.
Польове випаровування іонів з поверхні вістря ПІМ використовується для того, щоб підготувати поверхню для спостережень. При цьому досягається атомарно-гладка поверхня вершини вістря, близька до сферичної з практично незмінним радіусом кривизни при подальшому випаровуванні. Процесу польового випаровування із рідкометалевого емітера передує певна еволюція форми рідкого металу під дією електричного поля (~108 В/см). Спочатку він приймає форму конуса з кутом при вершині близько 100° (98,6° – конус Тейлора (КТ)). Стала емісія іонів спостерігається тоді, коли на вершині цього конуса утворюється струменеподібний рідкометалевий виступ, вершина якого і є областю емісії. Чим більший струм емітує джерело, тим більше витягується і потовщується така надбудова. Конус емісії при цьому ширшає. За геометрією працюючого (Ga, Au) РМДІ вдалося спостерігати in situ групі Cюдpo [5,6]. Вони оцінили розміри рідкометалевого виступа на КТ для середніх струмів емісії. При струмах ~10 мкА висота його біля 100 А0 , а поперечний переріз близько 25-30 А0, тобто переріз емітуючого загострення становить близько 10 середніх атомних діаметрів. Тому й не дивно, що яскравість рідкометалевих джерел сягяє 109 А/см2.ср для порівняння (яскравість дуоплазмотрона ~103 А/см2. ср).
підвищенні температури розплавів (GaIn, GaInAg, GaInCu), якісний характер такого квазімодульованого розподілу також зберігається, як і зберігаються концентраційні неоднорідності багатьох евтектичних сплавів з підвищенням температури [9,10]. Кутові ж розподіли іонів індію в цій групі сплавних джерел є певним відображенням такого розподілу індію і його зміни при зміні температури розплаву, а величина емісійного струму джерела визначає ширину (поперечний розмір) рідкометалевого виступу, тобто визначає кількість моношарів розплаву, що надходить в область емісії і бере участь у формуванні кутових розподілів іонів.
Коли ж на поверхні розплаву сегрегує олово, то, оскільки необхідна напруженість поля для його польового випаровування досягається найближче до полюсу рідкометалевого виступу, воно своєю “екрануючею” дією не дає можливості випаровуватися In i Ga. Це призводить до того, що область емісії звужується і відповідно зменшується кут конусу емісії для всіх іонів GaInSn-РМДІ. Енергорозкид іонів Ga i In GaInSn – РМДІ менший, ніж у GaIn, GaInAg, GaInCu-РМДІ.
Наші модельні уявлення про кутові розподіли іонів дослідженої групи сплавних РМДІ грунтуються на модельних уявленнях про роботу одноелементних джерел [13-15]. Вони якісно узгоджуються з отриманими експериментальними даними, а також дають якісне пояснення “незвичайних” розподілів іонів AuSi-РМДІ роботи [3].
В четвертому розділі приведено результати досліджень одноелементних і сплавних Ga, GaIn, GaInAg, GaInCu, GaInSn, Li – РМДІ в області малих струмів. Ми вперше знайшли, що перехід джерел із режиму середніх струмів (режим ІІ) в режим початкових струмів (режим І) відбувається стрибкоподібною зміною кутових розподілів іонів, стрибкоподібною зміною певного для кожного джерела струму (критичний струм переходу Ікр), а ширина енергорозподілу іонів досліджених джерел (енергорозкид) в області критичних струмів є найменшою (мінімальний енергорозкид іонів). Було визначено інтервали емісійних струмів І режиму і струми Ікр для кожного джерела. Виявилося, що інтервал струмів І режиму для парадігми рідкометалевих джерел – Ga-РМДІ – є в дослідженій групі джерел найменшим. Завдяки тому, що струмові інтервали І режиму GaIn, GaInAg, GaInCu, GaInSn і Li – РМДІ є набагато ширшими, вдалося детально дослідити як кутові, так і енергетичні розподіли іонів. На рис. 2 показано кутові розподіли іонів сплавного GaInAg – РМДІ для двох струмів, що відносяться до І і ІІ режимів роботи. Кутові розподіли іонів в І режимі роботи РМДІ мають широкий і практично незмінний кут емісії. На рис. 3 показана залежність енергорозкиду іонів двох рідкометалевих джерел (одноелементного і сплавного) від величини емісійного струму. Ліві гілки кривих відносно мінімума характеризують енергорозкид іонів І режиму роботи джерел. При струмах Ікр криві проходять через мінімальні значення енергорозкиду іонів.
Висновки
1. Для одноелементних і сплавних джерел вперше виявлена стрибкоподібна зміна характеру роботи джерел при переході з області середніх емісійних струмів (режим ІІ) в область початкових емісійних струмів (режим І). А саме, при певній для кожного джерела критичній величині струму Ікр, стрибком змінюється як сама величина емісійного струму, так і вигляд кутових розподілів іонів джерел. Струми змінюються на 10-30 % від величини Ікр , а кут конусу емісії іонів стрибком збільшується (в 1,5-2 рази) і залишається практично незмінним в цьому режимі роботи аж до зникнення емісійного струму джерела. Перехід джерела із режиму в режим є оборотним відносно струму Ікр .
2. Для дослідженої групи джерел вперше визначені інтервали струмів І режиму і кутові та енергетичні розподіли іонів джерел в цьому режимі роботи.
3. Експериментально визначено, що в І режимі роботи енергорозкид іонів зменшується при збільшенні емісійного струму на відміну від режиму ІІ, в якому енергорозкид іонів зростає при збільшенні струму. Отже залежність енергорозкиду іонів від величини загального емісійного струму має вигляд кривої з мінімумом в області Ікр – струму переходу джерела із режиму в режим.
4. Знайдено спосіб керування кутовими і енергетичними розподілами іонів сплавних джерел шляхом введення в сплав елементів, що мають тенденцію до сегрегації в поверхневих шарах розплаву. Добавка таких елементів (від декількох одиниць до 20-30 ат. %) визначає кутові і енергетичні розподіли іонів такого сплавного джерела. Якщо потенціал іонізації елемента-домішки вищий за потенціал іонізації основного елемента-розчинника сплаву, то кутові розподіли вужчають, а кутова густина іонних струмів зростає. При потенціалі іонізації сегрегуючої домішки меншому ніж потенціал іонізації розчинника, кут КЕ ширшає (збільшується по відношенню до кута КЕ без домішки).
5. На основі експериментальних досліджень кутових розподілів іонів сплавних джерел вперше виявлено, що в режимі І домінує емісія іонів з поверхневих шарів розплаву джерела.
6. Запропоновано нове модельне уявлення про механізм формування кутових розподілів іонів сплавних джерел, головна ідея якого полягає в тому, що структура сплаву РМДІ (розподіл елементів сплаву в об’ємі при даній температурі) певною мірою зберігається і в емітуючому рідкометалевому виступі на конусі Тейлора. Отже кутові розподіли іонів сплавних джерел, з урахуванням напруженості полів випаровування для складових сплаву, є певним відображенням структури розплаву.
Основні результати опубліковано в роботах:
1. Кулик В.С., Медведев В.К., Попович Н.Н., Чeрный В.И. Угловое и энергетическое распределение ионов Ga+ Ga++ Ga2+, эмитируемых галлиевым жидкометаллическим источником ионов. УФЖ, 1991, т.36, №11, с.1626-1635.
2. Kulik V.S. and Medvedev V.K. Angular and energy distribution of ions emitted from a GaInSn liquid alloy ion source. Revue “Le Vide, les Couches Minces”, Supplement au N 271, 1994, P. 255-258.
3. Кулик В.С., Медведєв В.К. Кутові і енергетичні розподіли іонів, емітованих з одноелементних та сплавних рідкометалевих джерел іонів при малих емісійних струмах. УФЖ, 1999, т. 44, № 4, с. 453-459.
4. Кулик В.С., Медведев В.К., Попович Н.Н., Чeрный В.И. Исследование угловых и энергетических характеристик ионного пучка из жидкометаллических источников ионов. Тематический сборник научных трудов КГУ: физико-химические, структурные и эмиссионные свойства тонких пленок и поверхности твердого тела, 1992, с. 260-282.
5. Kulik V.S., Medvedev V.K., Chernyi V.I. Angular and energy distributions of ions emitted from liquid metal ion sources (LMIS). Proc. 38-th IFES (Vienna, Austria), 1991. P. 33-35.
6. Kulik V.S. and Medvedev V.K. Angular and energy distribution of ions emitted from a GaInSn liquid alloy ion source. Abstract of ICMC’94. (Grenoble, France) P. 42-45.
7. Кулик В.С., Медведев В.К., Попович Н.Н., Черный В.И. Исследование угловых и энергетических характеристик ионного пучка из жидкометаллических источников ионов. Тезисы докладов на У1 Республиканской конференции по физическим проблемам МДП – интегральной электроники. Севастополь, 1990, с. 122.
8. Кулик В.С., Медведев В.К., Попович Н.Н., Чeрный В.И. Исследование угловых и энергетических характеристик ионного пучка из жидкометаллических источников ионов. Тезисы докладов ХХ11 конференции по эмиссионной электронике, Москва, 1994, т.3, с. 39-40.
9. Kulik V.S., Medvedev V.K., Chernyi V.I. Angular and energy distributions of ions emitted from GaInCu, GaInSn and GaInAg LMIS. 43 IFES, Moscow 1996, P. 10.
10. Кулик В.С. Угловые и энергетические распределения ионов, эмитируемых из жидкометаллических источников ионов при малых эмиссионных токах. Тезисы Международной конференции: “Эмиссионная электроника, новые методы и технологии”. 4-6 ноября 1997 г. (Ташкент, Узбекистан), с. 19.
Цитована література
1. Melngailis J. Critical Review. Focused ion beam technology and applications //J. Vac. Sci. Technol. – 1987. -V.5,N.2. – P.469-495.
2. Seliger R.L., Kubena R.L., Olney R.D., Ward J.W., and Wang V. High-resolution, ion-beam processes for microstructure fabrication // J. Vac. Sci. Technol, -1979. -V.16, -P.1610-1612.
3. Rao S., Bell A.E., Schwind G.A., and Swanson L.W. Angular distribution of ions from a AuSi liquid metal ion source // J. Vac. Sci. Technol, -1990. -V.A8, N3. -P.2258-2264.
4. Medvedev V.K., Chernyi V.I., Popovich N.N. Angular and energy distributions of ions emitted from a GaIn liquid alloy ion source // J. Vac. Sci. Technol. B. -1993. -V.11, N2. -P.523-526.
5. Benassayag G., Sudraud P., Jouffrey B. In situ high voltage TEM observation of an electrohydrodynamic (EHD) ion source // Ultramicroscopy. -1985. -V.16, N.1. -P.1-8.
6. Gaubi H., Sudraud P., Tence M., and Van de Walle J. High voltage TEM observation of an electrohydrodynamic ion source // Proc. 29-th Int. Field Emission Symposium. – Stockholm (Sweden). – 1982. -P.357-362.
7. Хоконов Х.Б., Задумкин С.Н., Алчагиров Б.Б. Работа выхода электрона, поверхностное натяжение и плотность системы галлий-индий // Доклады АН СССР, Физ. Хим. – 1973. – Т. 210, № 4. -С.899-902.
8. Ашхотов О.Г., Шебзухов А.А. Исследование влияния фазовых переходов на поверхностную сегрегацию в индиевых сплавах методом электронной Оже-спектроскопии // Поверхность. – 1983. -№ 4. -С.60-64.
9. Корольков А.М. Некоторые закономерности изменения свойств жидких сплавов в связи с диаграммами состояний. Исследование сплавов цветных металлов. Сборник № 4. -М.: Изд-во АН СССР, 1963. -С.68-74.
10. Глазов В.М.. Вертман А.А. Исследование сплавов цветных металлов. -М.: Изд-во АН СССР, 1963. -С.85-93.
11. Ng Y.S., Tsong T.T. and McLane S.B.Jr. Atom-probe FIM investigation of surface segregation in Ni-Cu, stainless steel 410 and Pt-Au alloys // Surf. Sci. – 1979. – V.84. -P.31-53.
12. Шахпаронов М.И. О молекулярной структуре жидких растворов и сплавов // Сб. “Структура и свойства жидких металлов”, 1959, Изд. Ин-та металлургии им. А.А. Байкова. -С.103-104.
13. Kingham D.R. and Swanson L.W. A dynamic model including fluid flow and space-charge effects // Appl. Phys. A. -1984. -V.34, N.2. -P.123-132.
14. Forbes R.G. and Ljepojevic N.N. LMIS theory: electrohydrodynamics and emitter shape // Surf. Sci. -1991. -V.246. -P.113-119.
15. Forbes Richard G. and Djuric Zoran. Progress in understanding liquid-metal ion source operation // Proc. 9-th Int. Vacuum Microelectronics Conference. -St. Petersburg (Russia). -1996. -P.468-472.
16. Ward J.W. and Seliger R.L. Trajectory calculations of the extraction region of a liquid-metal ion source // J. Vac. Sci. Technol. -1981. -V.19, N.4. -P.1082-1086.

Кулик В.С. Кутові і енергетичні розподіли іонів, емітованих з одноелементних та сплавних рідкометалевих джерел. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.04.- фізична електроніка.- Інститут фізики НАН України, Київ, 1999.
Захищається 10 наукових робіт з експериментального мас-спектрометричного дослідження емісійних характеристик рідкометалевих джерел іонів (РМДІ) на основі Ga, Li, GaIn, GaInAg, GaInCu, GaInSn в залежності від температури розплаву, співвідношення елементів в складі сплаву (для сплавних джерел) та величини емісійного струму джерела. Для сплавних джерел знайдено, що введенням в склад сплаву елементів, які мають тенденцію до сегрегації в поверхневих шарах розплавів, можна керувати кутовими і енергетичними розподілами іонів джерела (добавки елементів до 20-30 ат. %). Кутові розподіли іонів вужчають, а енергорозкид іонів зменшується, якщо потенціал іонізації сегрегуючого елемента вищий за потенціал іонізації основного елемента-розчинника. Для одноелементних і сплавних джерел вперше виявлено стрибкоподібну зміну характеру роботи при переході з області середніх емісійних струмів (режим ІІ) в область початкових емісійних струмів (режим І). При певному для кожного джерела критичному струмі Ікр стрибком змінюється (на 10-30% від Ікр) як сама величина струму, так і кут емісії (стрибком збільшується в 1,5-2 рази). Перехід джерела із режиму в режим є оборотним відносно Ікр. Отримані результати енергоаналізу іонів та їх кутові розподіли свідчать про те, що при струмах, близьких до критичних, емісійні параметри РМДІ оптимальні – кут конусу емісії найвужчий, а енергорозкид іонів мінімальний. Запропоновано нове модельне уявлення про механізм формування кутових розподілів іонів сплавних джерел, в якому вперше враховується характер розподілу елементів сплаву в об’ємі розплаву. Головна ідея полягає в тому, що структура сплаву РМДІ зберігаєтьс

деякою мірою в емітуючому рідкометалевому виступі на конусі Тейлора. Кутові розподіли іонів сплавних джерел, з урахуванням напруженості полів випаровування для складових сплаву, є певним відображенням структури розплаву. Зміна кутових розподілів іонів з температурою джерела пояснюється зміною характеру розподілу елементів сплаву в об’ємі.
Ключові слова: рідкометалеві джерела іонів, мас-спектрометричні дослідження, структура сплавів, сегрегація, конус емісії, кутові розподіли і енергорозподіли іонів, критичний струм.
Кулик В.С. Угловые и энергетические распределения ионов, эмитируемых одноэлементными и сплавными жидкометаллическими источниками. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.04. – Физическая электроника.- Институт физики НАН Украины, Киев, 1999.
Защищается 10 научных работ по экспериментальному масс-спектрометрическому исследованию эмиссионных характеристик жидкометаллических источников ионов (ЖМИИ) на основе Ga, Li, GaIn, GaInAg, GaInCu, GaInSn в зависимости от температуры расплава, соотношения элементов в составе сплава (для сплавных источников) и величины эмиссионного тока источника. Для сплавных источников найдено, что введением в состав сплава элементов, имеющих тенденцию к сегрегации в поверхностных слоях расплавов, можно управлять угловыми и энергетическими распределениями ионов источника (добавки элементов от нескольких единиц до 20-30 ат.%). Угловые распределения ионов становятся уже, а энергоразброс ионов уменьшается, если потенциал ионизации сегрегирующего элемента выше, чем потенциал ионизации основного элемента – растворителя. Для одноэлементных и сплавных источников впервые обнаружено скачкообразное изменение характера работы при переходе из области средних эмиссионных токов (режим ІІ) в область начальных эмиссионных токов (режим І). При определенном для каждого источника критическом токе Iкр скачком изменяется (на 10-30% от Iкр) как сама величина тока, так и угол конуса эмиссии (скачком увеличивается в 1,5-2 раза). Переход источника из режима в режим обратим относительно Iкр. Полученные результаты энергоанализа ионов и их угловые распределения свидетельствуют о том, что при токах близких к критическим эмиссионные параметры ЖМИИ являются оптимальными – угол конуса эмиссии самый узкий, а энергоразброс ионов минимальный. Предложено новое модельное представление о механизме формирования угловых распределений ионов сплавных источников, в котором впервые учитывается характер распределения элементов сплава в объеме расплава. Главная идея его заключается в том, что структура сплава ЖМИИ сохраняется в некоторой степени и в эмитирующем жидкометаллическом выступе на конусе Тейлора. Угловые распределения ионов сплавных источников, с учетом напряженности испаряющих полей для составных сплава, являются определенным отражением структуры расплава. Изменение угловых распределений ионов с температурой источника объясняется изменением характера распределения элементов сплава в объеме.
Ключевые слова: жидкометаллические источники ионов, масс-спектрометрические исследования, структура сплавов, сегрегация, конус эмиссии, угловые распределения и энергораспределения ионов, критический ток.
Kulik V.S. Angular and energy distributions of ions emitted from one-element and alloy liquid metal ion sources. – Manuscript. Thesis for in candidate’s degree in Physics and Mathematics in the speciality 01.04.04. – physical electronics.- The Institute of Physics, NAS of Ukraine, Kyiv, 1999.
Ten scientific works are defended on experimental mass spectrometric investigation of emission characteristics of liquid metal ion sources (LMIS) based on Ga, Li, GaIn, GaInAg, GaInCu, GaInSn depending on the temperature of alloy, elemental composition of the alloys and value of emission currents of the sources. For alloy sources, it has been found that by introducing an element with the tendency to segregation in surface layers it is possible to control angular and energy distributions of ions emitted from the source (doping from several at. % to 20-30 at. %). Angular ion distributions become narrower while their energy spread decreases provided that the ionization potential of the segregating element is higher than the ionization potential of the main (matrix) element. For one-element and alloy sources, it have been found for the first time an abrupt change of the character of their operation under transition from the range of the intermediate emission currents (regime II) to the range of the onset emission currents (regime I): for a proper critical current for each source Icr, there occurs an abrupt change (about 10-30% of Icr) of the current itself and of the emission cone angle (the latter increases abruptly by 1.5-2 times). The transition from one to another regime is reversible relatively to Icr. The obtained results on the energy and angular ion distributions give evidence that for currents that are close to the critical values the emission parameters are optimum: the angle of the emission cone is the narrowest while the ion energy spread is minimal. A new model is suggested for the mechanism of formation of angular ion distributions of alloy LMIS accounting for the character of the distributions of alloy components in the volume of the alloy. The main idea is that the structure of the LMIS alloy is conserved to some degree also in the emitting liquid metalic cusp on the Taylor cone. The angular distributions of the ions of alloy sources, taking into account the strength of evaporation fields for the components of the alloy, are a certain reflect ions of the alloy structure. The change of angular ion distributions versus temperature of the sources is explained by the change in the character of the distributions of the elements of alloy in its volume.
Keywords: liquid metal ion source, mass-spectrometry investigation, structure of the alloy, segregation, emission cone, angular and energy distributions of ions, critical current.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Оставить комментарий

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2019