Особенности распыления многокомпонентных мишеней

Под многокомпонентными мишенями имеются ввиду однофазные и многофазные сплавы и соединения. При этом однофазными мишенями называют такие, в которых компоненты (элементы) равномерно распределены по объему мишени, а многофазными — состоящие из зерен (областей) разного химического состава или разной кристаллической структуры.

В последние годы многокомпонентные мишени привлекают все большее внимание, во-первых, в связи с их широким практическим применением, во-вторых, в связи со многими нерешенными вопросами радиационно-стимулированного переноса вещества в процессе преимущественного распыления.

Под преимущественным распылением понимается непропорциональность выхода (или коэффициента распыления) отдельных компонент мишени их объемной и поверхностной концентрации. Необходимо четко отличать преимущественное распыление от селективного. Под последним понимается разная скорость травления разных фаз (зерен) в составе многофазных мишеней.

Для описания распыления многокомпонентных мишеней вводят по меньшей мере три разных понятия коэффициентов распыления, определяя их следующим образом:

• 1) парциальный коэффициент распыления компонента I — 5, — среднее число распыленных атомов элемента /, приходящееся на один первичный ион;
• 2) полный коэффициент распыления — S = ^S;
• 3) коэффициент распыления компонента i — S' = 5 / С, где С, — поверхностная концентрация компонента / в процессе распыления. Среди эффектов, сопутствующих распылению многокомпонентных

мишеней, можно выделить две группы: 1) первичные, или динамические, эффекты в процессе распыления, наблюдаемые в потоке распыленных частиц и связанные с перераспределением интенсивности эмиссии атомов компонент мишени, изменением угловых и энергетических распределений; 2) вторичные, являющиеся результатом распыления и приводящие к образованию измененного слоя, включая изменение как химического, так и фазового состава. Очевидно, и первичные, и вторичные эффекты являются результатом совместного действия механизмов распыления и механизмов переноса вещества мишени вблизи поверхности в процессе распыления. В настоящее время не существует полной теории, описывающей указанные эффекты. Разработка представлений о них идет в рамках моделей, основанных на рассмотренных выше теориях, с учетом различий величин масс и энергий связи различных атомов многокомпонентных мишеней. Точнее, так развиваются представления о первичных эффектах и при попытках описать изменение состава поверхности при распылении, потому что лишь эти эффекты можно приближенно рассматривать исходя из отдельного акта распыления (то сеть с точки зрения собственно преимущественного распыления). Когда же речь заходит о сформировании измененного слоя, необходимо привлекать, в дополнение к преимущественному распылению, процессы переноса. Как наиболее эффективные рассматриваются следующие процессы переноса: диффузия, сегрегация (в том числе их радиационноускоренные варианты), имплантация атомов отдачи и каскадное перемешивание. Несмотря на понимание роли этих процессов (во многих случаях она вполне конкретна) в формировании измененного слоя, в настоящее время вряд ли можно назвать хоть одну модель, способную предсказать результаты длительного распыления произвольной двухкомпонентной мишени, не говоря уже о более сложных объектах. С другой стороны, пока практически невозможно выделить и какие-либо общие экспериментальные закономерности распыления многокомпонентных мишеней в отношении и первичных, и вторичных эффектов, хотя для некоторого класса материалов можно говорить об определенных тенденциях. Отметим здесь лишь два наиболее важных с точки зрения ионной спектроскопии момента, которые связаны с распылением двухкомпонентных мишеней и наиболее обоснованны как в экспериментальном, так и в теоретическом отношении. Это, во-первых, обогащение поверхности при длительном распылении более легкой компонентой при условии незначительного различия в величине энергии связи компонент, а также обогащение поверхности компонентой с большей энергией связи при условии примерного равенства масс компонент. Во-вторых, для формирования стационарного измененного слоя необходимо распылить слой толщиной не менее проективной длины пробега первичного иона.