ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СННХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2008, < 10, с. 43-46
УДК 537.533.2:535.14:546.132
ЭМИССИЯ ФОТОНОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ионов И ЭЛЕКТРОНОВ СРЕДНЕЙ ЭНЕРГИИ С ПОВЕРХНОСТЬЮ НЕКОТОРЫХ ЩЕЛОЧНОГАЛОИДНЫХ КРИСТАЛЛОВ
© 2008 г. М. В. Приходько, И. Е. Митропольский, И. С. Шароди, Ä. И. Дащенко, В. С. Буксар, С. С. Поп
Ужгородский национальный университет, Ужгород, Украина Поступила в редакцию 12.10.2007 г.
Методами ионно-фотонной и электронно-фотонной спектроскопии исследован спектральный состав оптического излучения, которое возникает при бомбардировке поверхности некоторых ще-лочногалоидных кристаллов (KBr, KCl и KJ) ионами и электронами средней энергии. В исследованных спектрах выявлены два вида излучения, имеющие разные места локализации и различные механизмы генерации. Определен суммарный выход фотонов при облучении поверхности кристалла KBr электронами с энергией 600 эВ.
ВВЕДЕНИЕ
Бомбардировка ионами и электронами средней энергии поверхности щелочногалоидных кристаллов (ЩГК) сопровождается эффективной эмиссией фотонов из области взаимодействия [1-4]. В спектрах ионно-фотонной и электронно-фотонной эмиссии ЩГК присутствуют две компоненты: характеристическое излучение, которое эмитируется распыленными возбужденными атомами щелочного металла при их девозбуждении в процессе отлета от поверхности, т.е. локализованное в приповерхностной области; непрерывное излучение, которое эмитируется непосредственно бомбардируемой поверхностью и связано с возбуждением ее электронной подсистемы, в частности дефектов кристалла, а именно F-центров и их комплексов [3]. В случае ионной бомбардировки ЩГК наблюдается также излучение рассеянных частиц первичного пучка.
Особый интерес представляет изучение процессов электронного распыления ЩГК, эффективность которого иногда достигает аномальных значений [1]. Практически отсутствуют данные об абсолютном выходе фотонов при облучении ЩГК электронами средней энергии. Остается открытым вопрос и о механизмах распыления ЩГК электронами. В целом экспериментальное изучение эмиссии фотонов при таком воздействии является одним из важных способов получения фундаментальных знаний.
Целью данной работы является исследование спектров излучения, которое возникает при бомбардировке ионами и электронами средней энергии поверхностей KBr, KCl и KJ, и уточнение механизмов его генерации.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Эксперименты по изучению ионно-фотонной эмиссии (ИФЭ) ЩГК проводились на установке "Ореол" [5]. В качестве исследуемых образцов были выбраны монокристаллы KBr, KCl и KJ. Их поверхность бомбардировали ионами K+ с энергией 1-15 кэВ при давлении остаточных газов в камере ~10-5 Па. Возникающее излучение в диапазоне длин волн 250-800 нм регистрировали с помощью монохроматора МДР-6У и фотоэлектронного детектора ФЭУ-106. Запись спектров осуществляли с помощью электронного потенциометра КСП-4.
Характеристики электронно-фотонной эмиссии (ЭФЭ) ЩГК исследовали с использованием электронно-фотонного спектрометра, изготовленного на базе сверхвысоковакуумной установки УСУ-4 [6]. Давление остаточных газов в камере столкновений при измерениях не превышало 5 х 10-7 Па. Электроны падали на поверхность образца под углом а = 15° относительно нормали к поверхности. Наблюдение излучения при этом проводилось в направлении, близком к нормали. Излучение в области длин волн 200-800 нм анализировали с помощью светосильного монохроматора МДР-12. Интенсивность выделенного монохрома-тором излучения измерялась фотоэлектронным умножителем ФЭУ-106, а запись спектра осуществлялась электронным потенциометром КСП-4. Для определения абсолютного выхода фотонов с поверхности KBr при электронном облучении была использована измеренная нами относительная спектральная чувствительность системы регистрации (рис. 1).
электронно-стимулированной и фотостимулиро-ванной десорбции с поверхности КС1, КБг, №С1, КаБ, ЫБ при напуске в камеру водорода. При электронной бомбардировке ЩГК в спектрах наблюдались два резонансных дублета (К1 766.5/9.9 нм и К1 404.4/4.7 нм), излучаемых отлетающими от поверхности возбужденными распыленными атомами калия. Значительные различия в характеристических спектрах ИФЭ и ЭФЭ ЩГК связаны с разными механизмами распыления и возбуждения вторичных частиц при ионной и электронной бомбардировке. При ионном облучении ЩГК основным в процессе передачи энергии кристаллу первичными ионами является кинетический механизм [8], хотя незначительная часть энергии первичных частиц расходуется и на возбуждение электронной подсистемы кристалла. Наоборот, при электронном облучении доминирующим является механизм ионизации и возбуждения электронных состояний матрицы мишени, в том числе примесей и дефектов. Последующая релаксация приводит к десорбции щелочного металла в возбужденном состоянии и возникновению в спектрах ЭФЭ ЩГК характеристического излучения [9].
Обратим внимание на то, что в обоих случаях облучения ЩГК характеристическое излучение возбужденных атомов галогена не наблюдается. При этом распыление галогена происходит не менее эффективно, чем распыление атомов щелочных металлов [4, 9]. Ясно, что эффективность возбуждения галогена в процессах электронного и ионного распыления ничтожно мала.
Что касается непрерывного излучения, то в форме и спектральном положении его максимумов наблюдается подобие как при электронной, так и при ионной бомбардировках, что свидетельствует об одинаковой природе этого излучения.
X, нм
Рис. 2. Спектр ИФЭ KBr (Ep = 10 кэВ, jp = 25 мкА/см2). ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ № 10 2008
200 300 400 500 600 700 800
X, нм
Рис. 1. Относительная чувствительность системы регистрации излучения.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Эмиссионные спектры, полученные с поверхности кристаллов KBr, KCl и KJ при бомбардировке ионами K+ и электронами, представлены на рис. 2-7 (температура образцов во время проведения измерений была ниже 30°C).
Сравнивая спектральный состав излучения при облучении одних и тех же ЩГК ионами K+ и электронами, можно отметить общие особенности спектров. В частности, как спектр ИФЭ, так и спектр ЭФЭ содержат два вида излучения - характеристическое и непрерывное. При ионном облучении в спектрах наблюдаются линии распыленных атомов и ионов материала мишени и их примесей, а также рассеянных ионов первичного пучка. Возникновение линий бальмеровской серии Ha, Hß, HY указывает на присутствие адсорбированного водорода на поверхности ЩГК. Линии водорода наблюдали авторы [7] в исследованиях
ЭМИССИЯ ФОТОНОВ ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ИОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ
45
300 400 500 600 700 800
X, нм
Рис. 3. Спектр ИФЭ KCl (Ep = 10 кэВ, jp = 25 мкА/см2).
0 ^ CN Г ^ oo.4l со ^ ^ s ^ СП l 9 vo < ^
0 Й 3 £ £ Й S 1a I S2 | К .0/ 1.1 22 Ch 8 ^ Я * m ЧО чо о 2
.0 0. о\ сп ö\ й 1/ vq Г 8. CO чо m чо V 3:0
cK t^ 00 3 - - 3 МЭ 00 ^ 2 й f \
V и
300
400
500
600
X, нм
700
800
900
Рис. 4. Спектр ИФЭ К! (Ер = 10 кэВ, р = 25 мкА/см2).
Возможно, оно связано с возбуждением дефектов кристалла, в частности ^-центров, Угцентров и комплексов ^-центров [3]. Оценки показали, что при электронном возбуждении интенсивность непрерывного излучения приблизительно на два порядка выше, чем при ионной бомбардировке, откуда следует, что процессы дефектообразования и возбуждения дефектов электронами происходят значительно эффективнее. Подтверждением этого является большой суммарный выход фотонов, определенный нами при электронной бомбардировке поверхности КВг. Он составляет 4.76 х х 10-3 фот./эл., и основной вклад в него дает именно непрерывная составляющая наблюдаемого излучения.
I, отн. ед.
200
400
600
800 900
X, нм
Рис. 5. Спектр ЭФЭ КВг (Ер = 600 эВ, 1р = 300 мкА).
I, отн. ед.
200
400
600
800 900
X, нм
I, отн. ед.
200
400
600
800 900
X, нм
Рис. 6. Спектр ЭФЭ KCl (Ep = 600 эВ, Ip = 680 мкА).
Рис. 7. Спектр ЭФЭ KI (Ep = 600 эВ, Ip = 410 мкА).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Установлено, что спектральный состав излучения при бомбардировке поверхности кристаллов KBr, KCl и KI электронами и ионами включает непрерывную и характеристическую составляющие. В обоих случаях имеет место распыление атомов калия в возбужденном состоянии, приводящее к образованию перед бомбардируемой поверхностью свечения в результате девозбужде-ния отлетающих распыленных атомов. Для обоих способов облучения характерно также испускание поверхностью фотонов в виде широких полос, которое связывается с излучательной релаксацией возбужденных дефектов в кристаллах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Postawa Z, Rutkowski J., Poradzisz A. et al. // Nucl. Instrum. Methods. Phys. Res. B. 1988. V. 34. P. 23.
2. Neidhart T, Sporn M, Varga P. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1995. V. 101. P. 127.
3. Yan Q., Barnes A.V., Seifert N. et al. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1996. V. 115. P. 415.
4. Еловиков С.С., Сушкова Ю.В., Шахурин Е.С. и др. // Поверхность. 1992. < 6. С. 99.
5. Дробнич В.Г., Поп С.С., Есаулов B.Ä. Доплеров-ская томография потока атомных частиц. Ужгород: Закарпатье, 1998. 128 с.
6. Лттур M.I., Маркович Л.М., Приходъко М.В. и др. // Науковий вюник УжНУ. Сер. ф1з. 2001. < 10. С. 191.
7. Hudson L.T., Tolk N.H., Nordlander P. et al. // Phys. Rev B. 2000. V. 62. < 15. P. 10535.
8. Конопле, Ä.H., Поп С.С. // Изв. АН. Сер. физ. 2002. Т. 66. < 7. С. 1023.
9. Tolk N, Feldman L, Kraus J. // Phys. Rev. Lett. 1981. V. 46. < 2. P. 134.
Photon Emission at Interaction of Medium-Energy Ions and Electrons with Surface of Alkali Halide Crystals
M. V. Prikhod'ko, I. E. Mitropol'skiy, I. S. Sharodi, A. I. Dashchenko, V. S. Buksar, S. S. Pop
By the methods of ion-photon and electron-photon spectroscopy optical radiation is investigated, which appears at bombardment of surface of some alkali halide crystals by ions and electrons of medium energy. Two species of radiation with different localization and mechanism of generation are revealed. For the KBr crystal the summary output of photons is calculated at the irradiation by electrons with energy of 600 eV.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.