я атомів з поверхні і їх викид в вакуум буде мати місце, якщо зміщені атоми отримують енергію більш 4Есуб.
За теорією Піза: зіткнення, що призводять до розпорошення, зручно розділити за їх енергії на три категорії. Коли енергія іона невелика (Е lt;), він не може проникнути крізь електронну оболонку атома, і зіткнення можна розглядати, як зіткнення абсолютно пружних твердих куль. При великих енергіях (Е gt;) бомбардирів іон вільно проходить крізь електронну оболонку атома і зміщує ядро ??(неекрановані Кулонівські зіткнення). При середніх енергіях ( lt; Е lt;) відбуваються екрановані Кулонівські співудару ядер. Значення граничних енергій визначаються
, (2.3)
де - енергія зв'язку електрона в атомі водню (13,5 еВ);
- атомні номери іона і атома мішені.
, (2.4)
Взаємодія між атомними частками описується за допомогою законів квантової механіки. У певних межах взаємодія між двома атомами можна розглядати з точки зору класичної механіки. Н. Бор визначив a як радіус екранування ядра орбітальними електронами
, (2.5)
де - перший борівський радіус атома водню.
З урахуванням всіх складових коефіцієнт розпилення в теорії Піза визначається
, (2.6)
де - поперечний переріз зіткнення іона з атомами твердого тіла, при якому атому передається енергія, що перевищує Есм;
- середня енергія зміщених атомів;
- енергія сублімації;
- число атомів в одиниці об'єму.
При виводі рівняння 2.5 передбачається нормальне падіння іонів на мішень і виконання умови
Величина і залежать від типу зіткнень. В області зіткнень атомів типу твердих куль загальне поперечний переріз зіткнення, і рівні [2]
, (2.7)
, (2.8)
, (2.9)
Приймаючи, що атоми в металі ионизована одноразово, то концентрація електронів визначається за виразом
, (2.10)
де - щільність речовини, кг/м3;
- маса атома, кг.
В якості атмосфери, в якій будемо виробляти розпорошення, візьмемо аргон. Аргон по масі іона відноситься до категорії легких іонів. Максимум коефіцієнта розпилення досягається вже при кількох тисячах електронвольт, оскільки легені іони набагато легше проникають углиб матеріалу на відміну, наприклад від криптону.
Для аргону маса іона становить 40, а атомний номер дорівнює 18. Для молібдену маса іона дорівнює 95.94, а атомний номер 42.
Для подальших розрахунків використовувалися наступні дані:
Е=5 кеВ - енергія іона;=6.36 · 1028- атомна щільність Мо;
Есуб=6.9 еВ - енергія сублімації;
ЕR=13.5 еВ (енергія Ридберга).
Для початку за формулою (2.2) порахуємо максимальну енергію:
За формулою (2.5) порахуємо радіус екранування ядра:
За формулою (2.3) і (2.4) розрахуємо граничні енергії і:
=1.25 * 105 (еВ)
=1.19 * 108 (еВ)
Так як тобто енергія іона невелика, він не може проникнути крізь електронну оболонку атома, і зіткнення можна розглядати як зіткнення абсолютно пружних твердих куль.
За формулою (2.7) і (2.8) загальне поперечний переріз зіткнення і поперечний переріз зіткнення іона з атомами:
=3.3 * 10-21 (м2)
=3.27 * 10-21 (м2)
За формулою (2.9) порахуємо середню енергію зміщених атомів:
З урахуванням всіх складових розрахуємо коефіцієнт розпилення за формулою (2.6):
2.2 Розрахунок потоків атомів на підкладку
Знаючи величину коефіцієнта розпилення, потік розпорошених частинок з одиниці площі мішені визначається
(2.11)
де потік розпорошених частинок,
щільність іонного потоку, А;
заряд електрона, Кулон; - кратність заряду іона.
Для наступного розрахунку використовувалися величини:=15 А/м2;=7 cм - відстань від підкладки до мішені;=6 см - радіус мішені; п=3 см - радіус підкладки.
За формулою (2.11) розрахуємо потік р...
