Учет возмущений поверхности

Эффекты возмущения поверхности при ионной бомбардировке включают перемещения атомов в поверхностных слоях, генерацию электронных возбуждений, а также физические и химические последствия того, что атом покидает поверхность. Электронные возбуждения, генерируемые ионной бомбардировкой в твердом геле, имеют место, вопервых, вследствие кулоновского взаимодействия первичного иона с электронной системой твердого тела, во-вторых, вследствие атомных столкновений в каскадах. К настоящему времени предприняты попытки учесть влияние электронных возбуждений и движения атомов на вероятность ионизации. В качестве примера приведем серию статей Шроубека. В данных работах для характеристики электронного газа поверхности введен дополнительный параметр, соответствующий температуре электронного газа — Т_х. Для описания вероятности ионизации применен полуклассический подход, основанный на использовании потенциала взаимодействия того же вида, что и в (4.42), а для описания (в случае формирования положительного иона) временной зависимости величины заряда {])) на атоме использовано релаксационное уравнение вида.

где z (t) — время релаксации — идентично времени жизни в (4.23):

где р₀- величина равновесного положительного заряда в момент времени t. Решение уравнения (4.60) приводит к результату:

где 8= ?_я(0) — s_a(co). Соотношение (4.63) получено в пренебрежении неадиабатическими переходами и при условии.

Отличия резонансно-обменной модели, описанной выше, от модели Шроубека заключаются в следующем:

Во-первых, зависимость а' от v, в соответствии с (4.65), дается как.

где Г" - расстояние, на котором^{изменяется} от гг_Л(0) до ??"(<�").

Таким образом, модель Шроубека дает степенную зависимость а⁺ от v, что, в общем, при реальных скоростях v не хуже, чем экспоненциальная зависимость, соответствует эксперименту.

Во-вторых, в модели Шроубека поле адатомов трактуется как энергетическая ступенька. Если для изменения Ф на некоторую величину дФ ввести слой адатомов толщиной (Г¹), то а⁺ от с"Ф будет изменяться следующим образом:

то есть так же, как и в резонансно-обменной модели.

В-третьих, а в модели Шроубека зависит от размера распыленного атома аналогично резонансно-обменной модели (размер атома прямо связан с энергией электронного сродства). Если принять, что в резонансно-обменной модели состояние е_а, пересекающее s_F, не занято, то при Т, = 0 величины а в обеих моделях совпадают. Таким образом, в этом случае резонансно-обменная модель выступает как предельный случай модели Шроубека при T_s = 0. В случае, когда ?" занято, явную связь между этими моделями выявить не удастся. Модель Шроубека нс согласуется с экспериментом (в отличие от резонансно-обменной модели) в той части, которая касается вероятности а, поскольку формирование а в этой модели полностью идентично формированию а, если вместо возбуждения электронов рассматривать возбуждение дырок.

Прямым экспериментальным фактом, доказывающим влияние возбуждений поверхности на «*, является зависимость а от энергии первичных ионов Е₀. Сильная зависимость а⁺ от Е₀ наблюдалась в ряде экспериментов для ионов Si⁺ из кремния и ионов Ga, As⁺ из арсенида галлия. Для металлов эта зависимость слабая. Это может быть объяснено тем фактом, что электронно-дырочные возбуждения в полупроводниках имеют много большую энергию, чем в металлах.

Расчеты T_s на основании возбуждений в каскаде атомных столкновений дают для полупроводников большее значение, чем для металлов. Однако эти же расчеты практически не дают зависимости Г, от Е_п, в соответствии с ними T_s не является однородной в области развития каскада. Таким образом, проблема влияния возмущения подложки на а* еще далека от решения.

Резюмируя сказанное в настоящем разделе, необходимо подчеркнуть, что теория формирования а на основе представлений об электронном обмене между удаляющимся атомом и поверхностью требует для своего завершения, во-первых, учета обменных и корреляционных взаимодействий электронов, во-вторых, учета влияния на аГ возмущений поверхности, вызванных ионной бомбардировкой. Вместе с тем, учитывая результаты многократных проверок рассмотренных моделей, можно констатировать, что эти модели дают верные зависимости вероятности ионизации от таких важных экспериментальных параметров, как скорость распыленного атома, работа выхода электрона из поверхности, потенциал ионизации атома.