5.4.1. Во что превращает поверхность пучок ионов? - Ашкинази Л.А.

Ионное распыление, или, как его иногда назы­вают по традиции, катодное распыление, известно не только тем, что оно разрушает первую стенку токамака. Это распыле­ние сказывается на работе многих электронных приборов. Оно также может применяться во многих технологических процессах. Катодным оно называется потому, что впервые наблюдалось на катоде в газовом разряде.

Какие основные экспериментальные факты известны о катод­ном распылении? Коэффициент распыления (отношение количе­ства распыленных атомов к числу попавших на поверхность ионов) увеличивается с увеличением массы иона и с уменьше­нием энергии испарения (энергии, необходимой для испарения атома) материала мишени. С увеличением энергии падающих ионов до энергий порядка 10 кэВ коэффициент распыле­ния сначала растет, потом начи­нает убывать. Примеры экспери­ментальных данных показаны на рис. 54. Однако строгой теории катодного распыления, которая могла бы надежно предсказать экспериментальные данные до их получения, нет. Впрочем, для физики поверхности эта ситуа­ция не нова.

Многочисленные существую­щие теории катодного распы­ления можно разбить на две группы: тепловые и механиче­ские. Тепловые объясняют распыление нагревом поверхности в месте удара иона и испарением; механические — столкновением иона с атомами мишени, в результате которого атомы мишени (соударяясь и друг с другом) получают импульс, направлен­ный к поверхности мишени, и вылетают в вакуум. Механические теории отличаются одна от другой гипотезами о конкретном механизме взаимодействия иона с атомами и дают разные результаты, согласующиеся с теми или иными эксперименталь­ными данными. Понятно, почему при больших энергиях коэффициент распыления уменьшается — падающий ион слишком глубоко забирается в глубь материала и выбитые им со своих мест атомы не добираются до поверхности. По­нятно, почему коэффициент распыления мал при малых энер­гиях. Но гораздо большее количество фактов непонятно или понятно не совсем.

Например, при ионной бомбардировке на поверхности может появиться рельеф, причем довольно сложный. А воз­можна и полировка, сглаживание поверхности при бомбар­дировке ионами малых энергий. Это связано, видимо, с тем, что атомы, находящиеся на выступах, имеют меньшую энергию связи (их нужно оторвать от меньшего количества ато­мов), и поэтому можно так выбрать энергию ионов, что эти атомы будут распыляться сильно, а остальные — слабо.