Материалы XIXМеждународной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2009)" (Звенигород, август 2009 г.)
Председатель Оргкомитета XIX Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2009)" академик РАН Ю.А. Рыжов
Материалы XIX Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью (ВИП-2009)" под общей редакцией зам. председателя Оргкомитета д-ра физ.-мат. наук В.Е. Юрасовой
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2010, том 74, № 2, с. 118-123
XIX МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ "ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ (ВИП-2009)"
© 2010 г. В. Е. Юрасова
XIX Международная конференция "Взаимодействие ионов с поверхностью" проходила с 21 по 25 августа 2009 г. в пансионате РАН "Звенигородский" под Москвой. Организаторами конференции были Российская академия наук, Московский авиационный институт, Московский государственный университет, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, Московский инженерно-физический институт, Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, Российский государственный технологический университет (МАТИ). Спонсорами конференции являлись: Российский фонд фундаментальных исследований, Российская академия наук, Фонд некоммерческих программ "Династия", Международное издательство "Elsevier".
На конференции последовательно работало шесть секций: 1) распыление, структура поверхности, десорбция; 2) рассеяние и проникновение ионов; 3) эмиссия ионов, электронов, фотонов и рентгеновского излучения при ионной бомбардировке; 4) имплантация ионов и модификация поверхности; 5) ионно-индуцированные процессы в тонких пленках и наноструктурах; 6) взаимодействие плазмы с поверхностью — физика и технология. В работе конференции приняли участие более 200 ученых из 22 стран (Австрии, Алжира, Белоруссии, Бельгии, Великобритании, Германии, Дании, Израиля, Индии, Италии, Канады, Казахстана, Китая, Нидерландов, Польши, России, США, Украины, Финляндии, Швеции, Южной Африки, Японии). Было представлено 220 докладов: 80 устных (из них 42 — приглашенных) и 140 стендовых. Рабочими языками конференции были русский и английский. Все устные доклады проводились на английском языке, что явилось отражением возрастающей степени кооперации российских и зарубежных научных коллективов. Наиболее интересные доклады после конференции посланы для публикации в журналы: "Известия РАН, серия физическая", "Поверхность" и международный журнал "Vacuum" (Elsevier).
Представленные доклады продемонстрировали высокий уровень фундаментальных и прикладных исследований в области взаимодействий пучков заряженных частиц и плазмы с твердым
телом. Получены важные результаты в понимании ионно-стимулированных процессов на поверхности, представлены новые методы ионного анализа состава материалов, увеличилось число работ, направленных на создание технологий, использующих пучки заряженных частиц. Работы последних лет создали научную базу для стремительно входящих в жизнь новых технологий в прогрессивных областях науки и техники — в микро-, нано- и биотехнологиях, оптоэлектрони-ке, ядерных, плазменных и термоядерных исследованиях и технологиях, в модификации свойств поверхности и получении новых материалов и покрытий.
Рассмотрим основные представленные результаты в той же последовательности, в которой работали секции конференции.
Большое внимание в докладах уделось проблемам модификации и анализа поверхности ионными пучками. Отмечалось, что с ростом значимости наноструктурных материалов в различных областях науки и техники, увеличивается потребность в химическом и молекулярном анализе с субмикронным разрешением. Этого достигают при использовании масс-спектрометриче-ских методов, которые позволяют исследовать адсорбированные молекулы. Однако уменьшение размеров объектов — проблема для масс-спектро-метрии, так как исследуемый объем оказывается слишком малым, чтобы дать начало полезному сигналу. В дополнение к этому возникают сложности создания узких сфокусированных ионных и лазерных пучков. Во вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС) недавно появились два способа обойти эти проблемы и увеличить полезный молекулярный сигнал. Это достигается прежде всего использованием для облучения кластерных ионов (например, Аи+ , В1+ ) и фуллере-
нов С+0, а также определенной подготовкой образцов с включением матричных молекул или на-ночастиц металлов. Было показано, что при бомбардировке фуллеренами происходит увеличение сигнала ВИМС на два порядка для большей части образцов. Что касается процедур подготовки образцов, то оказалось, что присуствие матричных молекул или наночастиц благородных металлов на поверхности приводит к увеличению
сигнала на порядок величины. Считается, что бомбардирующий пучок кластеров увеличивает главным образом десорбцию молекул, в то время как процедуры подготовки образца увеличивают ионизацию. Однако детальные механизмы действия кластерных пучков, адсорбированных матричных молекул и конденсированных металлических слоев сложны и все еще не полностью понятны. Здесь на помощь приходит молекулярно-динамическое (МД) моделирование, поскольку обеспечивает возможность наблюдать динамику микроскопического процесса десорбции, что необходимо для интерпретации результатов экспериментов. При использовании этой методики было изучено взаимодействие фуллеренов с поверхностью в двух аспектах, связанных с физико-химическими процессами. Во-первых, исследован механизм передачи энергии, фрагментации и десорбции в образце полимера и, во-вторых, изучены эффекты, которые на данном этапе не могут быть описаны этой моделью.
Увеличение распыления молекулярными ионами, расширение диапазона масс вторичных ионов, уменьшение сечения повреждений и эрозии поверхности обеспечивают новые возможности получения изображений с высоким разрешением поверхностей и профилей распределения по глубине для многих, в том числе органических материалов. Однако остается несколько важных вопросов, касающихся анализа поверхности и профиля распределения по глубине. Это, например, механизмы ионизации, постоянство/потеря молекулярной информации при исследовании профиля и химических процессов, вызванных ионной бомбардировкой, которые еще не объяснимы имеющимися моделями.
Заметим, что последние экспериментальные работы по бомбардировке фуллеренами указывают на значительные вариации в возрастании выхода ионов фрагментов для различных образцов и вторичных ионов. Эти изменения можно объяснить специальным матричным эффектом "выхода из равновесия", создаваемым при взаимодействии фуллерена с поверхностью. Образование возбужденного нанообъема и наличие высоких энергий является очень важным фактором для взаимодействующих радикалов, молекул и, возможно, ионов. Эта ситуация значительно отличается от случая бомбардировки атомными частицами. В частности, результаты экспериментов и МД-моделирования процессов при бомбардировке ионами С60 поверхности льда, действительно, указывают на то, что фуллерен создает большое количество протонов в возбужденной поверхностной области. Посление работы по моделированию распыления полистероловых молекулярных образцов также показывают, что несколько десятков связей С—Н разрываются бомбардирующими ионами С60 вокруг их места воздействия при энергии
ионов 5—15 кэВ. В этом контексте механизмы ионизации выходящих фрагментов, молекул и кластеров должны также сильно различаться, например, для ионов вида (M + H)+, появляющихся при бомбардировке фуллереном. Это предположение, основанное на результатах моделирования, подтверждено экспериментами на полимерных образцах, где подобные (M +Н)+-ионы образуют интенсивные пики при бомбардировке
ионами C+0, но отсутствуют при облучении ионами Ga+ с энергией 15 кэВ.
Интересные результаты наблюдались при исследовании зависимости выхода вторичных частиц от структуры полимеров и размеров бомбардирующих молекул. Оказалось, что коэффициент распыления фуллеренами различается в 7 раз для полимера с горизонтальными и вертикальными цепочками. Исследованы процессы при увеличении массы бомбардирующих молекул — от коронена (C24H12) до фуллерена (C60) и молекул с атомным весом 23 кДа (23000 а.е.м). Показано, что существует режим, при котором выход распыленных частиц пропорционален кинетической энергии бомбардирующей молекулы (более 30 эВ на атом углерода) и не зависит от ее массы. При этом наблюдается значительная фрагментация эмитированных молекул. Другой режим — при бомбардировке большими молекулами, но с меньшей энергией. В этом случае фрагментация незначительна, и этот режим может быть успешно использован для масс-спектрометрии органических материалов. Здесь перспективна также бомбардировка полимеров большими кластерами инертных газов, например, Ar2000, когда малая фрагментация наблюдается и при больших энергиях облучения.
Энергетические и размерные эффекты при рассеянии ионов и распылении нанокластеров металлов были изучены с помощью МД-модели-рования. Для больших углов рассеяния, средняя энергия, так же как и вероятность рассеяния, не зависела от размеров кластера. При малых углах рассеяния, в области максимальной вероятности рассеяния наблюдалось увеличение вероятности рассеяния и средней энергии рассеянных ионов. Для больших кластеров многократные процессы рассеяния являются преобладающими. Установлено, что форма кластера и передача энергии в подложку (сильно зависящая от формы кластера) являются доминирующими факторами для изменений величины распыления с поверхности кластера.
Обсуждались особенности распыления нитридов с различным соотношением масс компонент (BN, AIN и GaN). Эти соединения интересны, как с научной точки зрения, так и для многочисленных применений. Действительно, BN — важный конструкционный материал, механически прочный и термостойкий; AIN применяется в акустических и СВЧ-приборах; GaN используют
в светодиодах и биполярных транзисторах. Для нитридов и их компонент обнаружена аномальная массовая зависимость коэффициентов распыления с максимумом при определенном отношении массы атома к массе иона. Установлено, что преимущественное распыление легкой ком
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.