Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля

Теоретически рассматривается рассеяние медленных бомбардирующих атомов на твердой поверхности, имеющей геометрические дефекты условно-клиновидного профиля. Предполагается, что поверхность дефекта (“бороздки») представлена совокупностью атомных ступенек. В предположении о зеркальном отражении монона...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Долгов, А.С., Гетьман, А.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2010
Назва видання:	Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98900
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля / А.С. Долгов, А.А. Гетьман // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 3. — С. 242–249. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-98900
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-989002016-04-20T03:02:01Z Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля Долгов, А.С. Гетьман, А.А. Теоретически рассматривается рассеяние медленных бомбардирующих атомов на твердой поверхности, имеющей геометрические дефекты условно-клиновидного профиля. Предполагается, что поверхность дефекта (“бороздки») представлена совокупностью атомных ступенек. В предположении о зеркальном отражении мононаправленного первичного потока на поверхностях ступенек найдены выражения для вероятностей выхода атома их бороздки для произвольного распределения параметров ступенек произвольного вида. Развиваемые приемы анализа распространяются на случаи изотропного распределения на входе в бороздку и условия диффузного рассеяния. Обсуждаются специальные варианты воздействия. Указываются области параметров, соответствующие высоким и низким вероятностям отражения, и зависимость этих величин от ориентации воздействия и макрогеометрии бороздок. Обсуждаются возможности технологического и диагностического применения результатов работы. Теоретично розглянуто розсіяння повільних бомбардуючих атомів на твердій поверхні, що має геометричні дефекти умовно-клинуватого профілю. Припускається, що поверхня дефекту (“рівчачку”) представлена сукупністю атомних сходинок. У припущенні про дзеркальне відбиття моно спрямованого первинного потоку на поверхнях сходинок найдені вирази для ймовірностей виходу атома із рівчачку для довільного розподілу параметрів сходинок довільного виду. Розвиваємізаходи аналізу розповсюджуються на випадки ізотропного розподілу на вході в рівчачок і умови дифузного розсіяння. Обговорюються спеціальні варіанти впливу. Вказуються області параметрів, що відповідають високим на низьким імовірності відбиття, і залежність цих величин від орієнтації впливу та макрогеометрії рівчачків. Обговорюються можливості технологічного та діагностичного застосування результатів роботи. Dispersion of slow bombarding atoms on the rigid surface having geometrical defects of conditionally wedge-shaped profile is theoretically considered. It is supposed, that the surface of defect (“groove”) is presented by set of atomic steps. Expressions are found in the assumption of mirror reflexion of the monodirected primary stream on surfaces of steps for probabilities of an exit of atom of their groove for any steps parametres distribution of any kind. Developed receptions of the analysis extend on cases of isotropic distribution on an input in a groove and conditions of diffusive dispersion. Special variants of influence are discussed. Regions of parametres corresponding to high and low probabilities of reflexion, and dependence of these quantities on orientation of influence and macrogeometry of grooves are specified. Possibilities of technological and diagnostic application of work results are discussed. 2010 Article Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля / А.С. Долгов, А.А. Гетьман // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 3. — С. 242–249. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98900 539.171 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Теоретически рассматривается рассеяние медленных бомбардирующих атомов на твердой поверхности, имеющей геометрические дефекты условно-клиновидного профиля. Предполагается, что поверхность дефекта (“бороздки») представлена совокупностью атомных ступенек. В предположении о зеркальном отражении мононаправленного первичного потока на поверхностях ступенек найдены выражения для вероятностей выхода атома их бороздки для произвольного распределения параметров ступенек произвольного вида. Развиваемые приемы анализа распространяются на случаи изотропного распределения на входе в бороздку и условия диффузного рассеяния. Обсуждаются специальные варианты воздействия. Указываются области параметров, соответствующие высоким и низким вероятностям отражения, и зависимость этих величин от ориентации воздействия и макрогеометрии бороздок. Обсуждаются возможности технологического и диагностического применения результатов работы.
format	Article
author	Долгов, А.С. Гетьман, А.А.
spellingShingle	Долгов, А.С. Гетьман, А.А. Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля Физическая инженерия поверхности
author_facet	Долгов, А.С. Гетьман, А.А.
author_sort	Долгов, А.С.
title	Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля
title_short	Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля
title_full	Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля
title_fullStr	Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля
title_full_unstemmed	Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля
title_sort	рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля
publisher	Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate	2010
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/98900
citation_txt	Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля / А.С. Долгов, А.А. Гетьман // Физическая инженерия поверхности. — 2010. — Т. 8, № 3. — С. 242–249. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
series	Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv	AT dolgovas rasseânieatomovnašerohovatojpoverhnostistupenčatogoprofilâ AT getʹmanaa rasseânieatomovnašerohovatojpoverhnostistupenčatogoprofilâ
first_indexed	2025-07-07T07:12:32Z
last_indexed	2025-07-07T07:12:32Z
_version_	1836971304555642880
fulltext	242 ВВЕДЕНИЕ Интерес к эффекту рассеяния атомов при их столкновениях с поверхностью обусловлен как логикой комплексного исследования вза- имодействия потоков частиц с поверхностью, так и прикладными потребностями анализа пучковых технологий, в условиях контакта поверхности с газовыми, плазменными сре- дами и т.д. [1 – 3]. Применительно к реаль- ным условиям, названный эффект, как правило, не обособлен, а является лишь не- которой составляющей процессов более об- щего вида, связанных также с распылением поверхности, осаждением на поверхность, нагревом среды, испарением, кинетикой га- зовой среды у поверхности и др. [1 – 4]. Ука- УДК 539.171 РАССЕЯНИЕ АТОМОВ НА ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТУПЕНЧАТОГО ПРОФИЛЯ А.С. Долгов, А.А. Гетьман Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “ХАИ” (Харьков) Украина Поступила в редакцию 19.07.2010 Теоретически рассматривается рассеяние медленных бомбардирующих атомов на твердой по- верхности, имеющей геометрические дефекты условно-клиновидного профиля. Предпола- гается, что поверхность дефекта (“бороздки») представлена совокупностью атомных ступенек. В предположении о зеркальном отражении мононаправленного первичного потока на поверх- ностях ступенек найдены выражения для вероятностей выхода атома их бороздки для произ- вольного распределения параметров ступенек произвольного вида. Развиваемые приемы ана- лиза распространяются на случаи изотропного распределения на входе в бороздку и условия диффузного рассеяния. Обсуждаются специальные варианты воздействия. Указываются об- ласти параметров, соответствующие высоким и низким вероятностям отражения, и зависимость этих величин от ориентации воздействия и макрогеометрии бороздок. Обсуждаются воз- можности технологического и диагностического применения результатов работы. Ключевые слова: поток частиц, бороздка, откос, функция распределения, вероятность со- ударения, рассеяние, щель, вмятина. Теоретично розглянуто розсіяння повільних бомбардуючих атомів на твердій поверхні, що має геометричні дефекти умовно-клинуватого профілю. Припускається, що поверхня дефекту (“рівчачку”) представлена сукупністю атомних сходинок. У припущенні про дзеркальне від- биття моно спрямованого первинного потоку на поверхнях сходинок найдені вирази для ймо- вірностей виходу атома із рівчачку для довільного розподілу параметрів сходинок довільного виду. Розвиваємі заходи аналізу розповсюджуються на випадки ізотропного розподілу на вході в рівчачок і умови дифузного розсіяння. Обговорюються спеціальні варіанти впливу. Вказуються області параметрів, що відповідають високим на низьким імовірності відбиття, і залежність цих величин від орієнтації впливу та макрогеометрії рівчачків. Обговорюються можливості технологічного та діагностичного застосування результатів роботи. Ключові слова: потік частинок, борозенка, укіс, функція розподілу, імовірність співударяння, розсіювання, щілина, вм'ятина. Dispersion of slow bombarding atoms on the rigid surface having geometrical defects of conditionally wedge-shaped profile is theoretically considered. It is supposed, that the surface of defect (“groove”) is presented by set of atomic steps. Expressions are found in the assumption of mirror reflexion of the monodirected primary stream on surfaces of steps for probabilities of an exit of atom of their groove for any steps parametres distribution of any kind. Developed receptions of the analysis extend on cases of isotropic distribution on an input in a groove and conditions of diffusive dispersion. Special variants of influence are discussed. Regions of parametres corresponding to high and low probabilities of reflexion, and dependence of these quantities on orientation of influence and macrogeometry of grooves are specified. Possibilities of technological and diagnostic application of work results are discussed. Keywords: atomic particles flow, groove, slope, distribution function, particle reflection, gap, dent.  А.С. Долгов, А.А. Гетьман, 2010 ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3 243 занная особенность нередко серьезно ослож- няет возможности трактовки результатов на- блюдений. В теории данное обстоятельство определяет две противоположные, но, в ко- нечном счете, дополняющие друг друга тен- денции: одна – это стремление к полному ох- вату всех обстоятельств той или иной кон- кретной ситуации, другая – абстрагирования от ряда обстоятельств с концентрацией вни- мания на одной предпочтительной стороне дела, в нашем случае – на рассеянии. Недо- статок внимания к некоторым, возможно, не- маловажным сторонам процесса оправдыва- ется пристальным вниманием к некоторым другим признакам, отвечающим свойствам реальных процессов и структур. К числу та- ких относятся геометрические дефекты бом- бардируемой поверхности, что в названии статьи и далее обозначается термином “ше- роховатость”. Имеются работы, где обсужда- ется названная особенность поверхности и способы ее изучения [1, 5 – 8], но эта тема далеко не исчерпана. В предыдущей работе [9] рассмотрено рассеяние на субмикроско- пических геометрических неоднородностях клиновидного профиля. Одной из особеннос- тей использованной модели является отсутс- твие дополнительных элементов на поверх- ности клина (гладкость откосов клина), что и явилось одной из предпосылок к исполь- зованию зеркальной схемы отражения. Хотя такие представления заведомо не универсаль- ны, тем не менее, в определенных условиях они отвечают реальной картине взаимодейст- вия. Это имеет место, если длина волны пада- ющей частицы сравнима с межатомным уда- лением (малые массы, низкие энергии). Это обстоятельство получило как теоретическое обоснование, так и экспериментальное под- тверждение [10, 11]. Кроме того самоусред- нение особенностей поверхности откоса, ко- торое будет наблюдаться как сглаживание ожидается в условиях частичной или полной аморфизации поверхностного слоя, при слу- чайной ориентации поверхности образца относительно кристаллографических направ- лений. МОДЕЛЬ Сам факт возникновения кристаллизации предопределяет тенденцию к сохранению максимально возможного количества элемен- тов совершенной кристаллической структуры и, при наличии всякого сорта дефектов и по- вреждений, в том числе и для таких, какие воспринимаются как геометрические иска- жения. Это значит, что весьма мелкие искаже- ния фактически являются ступенчатыми, где ступеньки создаются несовпадением протя- женностей примыкающих атомных слоев (на- пример [12]). Ожидается, что эта особенность будет выражена наиболее отчетливо для не- нарушенной кристаллической структуры вблизи поверхности и при ориентации по- верхности образца, представляемой милле- ровским индексом (100). Не вызывает сомнения, что геометричес- кие параметры ступенек имеют разброс в зна- чительном диапазоне. Однако ясно, что имеет место совершенно определенное соответст- вие между средними характеристиками сту- пеньки и геометрией бороздки как макро- объекта (сходное обстоятельство обсуждается в статье [7]). Рис. 1 представляет характе- ристики ступеньки. Если n – количество атомных слоев, соз- дающих ступеньку (целочисленная висота ступеньки), а m – различие протяженностей соседних пластов структуры (длина терассы ступеньки), то n q m = , (1) где q – тангенс угла наклона откоса бороздки. Ввиду того, что само наличие бороздки предполагает устранение идентичности про- тяженностей соседствующих атомных слоев, большая высота ступеньки представляется маловероятной. Должны преобладать весьма Рис. 2. Характеристики ступеньки. А.С. ДОЛГОВ, А.А. ГЕТЬМАН 244 дробные ступеньки, отвечающие малым зна- чениям n, причем n = 1 представляется особо предпочтительным. С другой стороны, усло- вие обеспечивает n = 1 возможности реали- зации только пологих откосов с углом накло- на не более 45°, т.е. заведомо не соответст- вует геометрии бороздок типа узкой щели. Атом, прилетевший извне, взаимодейст- вует с поверхностями какой-то одной из ступенек. Поэтому параметры этого элемента имеют решающее значение в отношении по- следствий прилета атома в бороздку. Конеч- но, при произвольном наборе характерис- тик иных ступенек взаимодействие отразив- шегося атома с какой-то иной ступенькой не исключается, в силу чего и ее геометрические характеристики как-то повлияют на итог вза- имодействия. Однако, ввиду того, что число ступенек бороздки, как правило, очень вели- ко, и они сильно варьируются, следует ап- проксимировать все ступеньки, кроме пер- вично инициированной, осредненной по- верхностью бороздки. Названная особен- ность модели дополнительно иллюстрирует- ся рис. 2 (двумерная схема). Стоит также обратить внимание на то, что если в пределах бороздки ступенчатого рельефа прилетевший извне атом испытывает несколько столкновений с поверхностями, то при каждом из столкновений теряется порция энергии, средняя величина которой задается соотношением масс атома-снаряда и атома- мишени. Таким образом, кратность соударе- ний определяет отнесение атомов к соответ- ствующей энергетической фракции, где ха- рактерные энергии неуклонно уменьшаются с ростом номера фракции (числа столкнове- ний). Данное обстоятельство является до- полнительным мотивом к выделению пер- вичной ступеньки. Кроме того, очевидно, что весьма большое число столкновений оказы- вается невозможным, т.к. утрата энергии по- сле нескольких столкновений предопреде- ляет захват атома. Таким образом, ограничи- ваемся обсуждением только однократных со- ударений, принимая, что возможность сле- дующего столкновения выводит атом из глав- ной (исходной) энергетической фракции и, может быть, делает неизбежным прилипание атома к соответствующему элементу борозд- ки. Вопрос об определении или выборе ин- дикатрисы рассеяния на поверхности не- прост для всех попыток анализа ситуации. В силу сделанных выше оговорок здесь ис- пользуются разные варианты отражения от поверхностей ступеньки, причем особое вни- мание уделяется схеме с зеркальным отра- жением. НАПРАВЛЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ Направленность первичного потока – харак- терный признак различных экспериментов и технологий. При этом W0 – вероятность воз- вращения атома, влетевшего в бороздку, в примыкающее пространство определяется долей таких столкновений, когда первичное и единственное столкновение происходит на том участке терассы, какое при зеркальном отражении отвечает вылету. Обращаем вни- мание, что столкновение с поверхностью об- рыва во всех случаях предопределяет после- дующее попадание либо в примыкающий участок плато, либо в противоположный от- кос бороздки. Геометрические соответствия представлены рис. 3. Имеем sin ln W lm δ ϕ= + , (2) что после элементарных преобразований дает 0 0 0 mp nW mp n −= + , (3) где величина p = tgϕ задает направление первичного воздействия. Согласно (3) значение W приближается к единице, когда m >> n, и падает до нуля, если p0 → n/p, что с учетом (1) определяет макро- скопическое ограничение (W0 = 0, если p0 < q) (симметричная бороздка). Рис. 3 и последующие соотношения пред- полагают неотрицательность p. Если же Рис. 2. Аппроксимация ступенек. РАССЕЯНИЕ АТОМОВ НА ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТУПЕНЧАТОГО ПРОФИЛЯ ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3 ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3 245 p < 0, то геометрия рассеяния на ступеньке несколько иная. Попадание падающих атомов на поверх- ность обрыва ступеньки здесь исключено, бомбардируется только часть терассы. При этом участок первичного воздействия умень- шается с уменьшением \|p\|, а когда np m < исчезает вовсе. Следует обратить внимание, что тангенс угла отражения в условиях реализуемости столкновения больше q, т.е. отраженные атомы не попадают на противоположный от- кос. Таким образом, величину W0 следует отождествлять с единицей во всех случаях, когда при обеспечении требования p < 0 со- ударение с обсуждаемым левым откосом в принципе возможно. Определение результирующей (наблю- даемой) вероятности отражения от геомет- рического дефекта поверхности требует так- же учета макроскопических условий бом- бардировки поверхности. При этом на левый откос p > 0 попадает только часть потока атомов, приходящих в бороздку. Остальные попадут на правый откос, закономерности взаимодействия с которым, разумеется, те же самые, что формально обеспечиваются заменой p на –p. Вероятность отражения падающих атомов от дефекта (возврат из бороздки) W0 опреде- ляется значениями W0 для всех имеющихся здесь ступенек и распределением геометри- ческих параметров ступенек. Если f(y) – функция распределения величин n m для поверхностей откосов, то 0 1 1 ( ) p q p y qW f y dy p p y p     −= + + −    +     ∫ , (4) где два слагаемых в фигурных скобках (4) представляют отражение от двух откосов. Ди- апазон интегрирования (0, p) определяется в первом случае возможностью возврата из пределов ступеньки, а во втором – реализу- емостью попадания на террасу ступеньки. При этом p < q. Смысл определяющего соотношения (4) наиболее прозрачен если распределение аппроксимируется дельта-функцией f(y) = δ(y – q), (5) то есть в том случае, когда всем ступенькам приписывается среднее для бороздки соот- ношение размеров обрыва и террасы, что не исключает широкого варьирования абсолют- ных размеров элементов ступенек. Формула (4) при этом сводится к выражению: p qW p −= , (6) свидетельствующему, в частности, о гаранти- рованном отражении от дефекта поверхности при нормальном падении на нее (p → ∞) и о невозможности возврата в результате одно- кратного отражения при скользящем вдоль откоса проникновении в бороздку. В общем случае выбор предпочитаемых форм распределения f(y) затруднителен. Необходимое единственное требование к этим зависимостям 0 ( )yf y dy q ∞ =∫ . (7) Для однородного в диапазоне (0, 2q) распределения 1( ) 2 f y q = . (8) При этом из общей формулы (3) следует 2ln 2 p q p q qW q p p + += − , p > 2q; (9) Рис. 3. Геометрические соответствия. А.С. ДОЛГОВ, А.А. ГЕТЬМАН 246 1 ln 2 1 2 p qW q  += −    , p < 2q. (10) НЕНАПРАВЛЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ Построения, выполненные для случая моно- направленного воздействия (p = fix), поми- мо их самостоятельного значения, определяет отправные позиции для анализа ситуаций при воздействиях общего характера. Антиподом направленного потока является изотропное распределение. В этом случае функция рас- пределения по углам входа в бороздку запи- сывается так (плоская картина) 1( )f ϕ = π , (11) что, в свою очередь, определяет функцию рас- пределения “по тангенсам” вида 2 1 1( ) 1 f p p = π + . (12) Используя выражение (6), записываем 2 2 1 1q p qW dp p p ∞ −= π +∫ , (13) что приводит к результату 212( ) 1 arctg ln q W q q q q  +  = − +  π  . (14) Соотношение (14) определяет эффектив- ность отражения от бороздки соответствую- щего макропрофиля с осредненными пара- метрами ступенек и указывает на общую тен- денцию к уменьшению W с увеличением вы- соты ступенек (крутизны откосов бороздки). Предельные уровни: W(0) = 1, W(∞) = 0. Для распределения параметров ступенек произвольного вида нужно обратиться к об- щему соотношению (4), используя его как функцию, осредняемую по распределению (12). Имеем 2 0 2 1 1 ( ) 1 p q dp q p y qW f y dy p p p y p ∞     −= + + −    π + +     ∫ ∫ . (15) В предположениях представленных фор- мой распределения (8), формула (15) пере- писывается так: 2 2 1 ln 2 1 1 q q p q dpW q p   += − +  π +  ∫ 2 2 2 22 ln 2 1q p q p q q dp q p p p ∞  + + + −   +    ∫ . (16) Если q << 1 (мелкая бороздка, «вмятина»), то первое слагаемое (16) охватывает диапазон углов 2(arctg2q – arctgq), что приблизительно составляет 2q << π. Таким образом, вклад обсуждаемой сос- тавляющей заведомо мал. Определяющая роль принадлежит второму слагаемому, что при некотором огрублении, отвечающем ма- лости q сравнительно с p, дает 41W q= − π . (17) Видим, что имеет место линейное сниже- ние W с увеличением углов наклона откосов бороздки, усиленное сравнительно с тем, что дает при q << 1 (14). Противоположный случай q >> 1 (глубокая бороздка, “щель”) диапазон интегрирования в первом слагаемом достаточно широк, а вто- рое слагаемое мало вследствие роли фактора (1 + p2)–1, p > 2q. Таким образом решающая роль принадлежит первому слагаемому (16). Получается ( ) 2 2 2 1 ln2 1 4ln 1 ln2 arctg 1 1 2 q qW q q q  +≈ + − π + +  . (18) Приближенное представление (18) таково 24ln 2 ln2 1, 2 AW A q + −≈ = π , (19) что свидетельствует о высокой вероятности захвата частиц узкими щелями. Это обстоя- тельство присутствует и в схеме, предполага- ющей совпадение соотношений параметров ступенек n/p = q (14). ДИФФУЗНОЕ РАССЕЯНИЕ В силу значительной вариативности и, может быть, неясности в отношении характера отра- жения атомов от поверхности, заслуживают внимания различные формы этой зависи- мости. Антиподом зеркального отражения яв- ляется изотропное. Названные варианты РАССЕЯНИЕ АТОМОВ НА ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТУПЕНЧАТОГО ПРОФИЛЯ ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3 248 количественных, нередко и качественных расхождений результатов указанных работ неудивителен, так как микроскопические геометрические характеристики существенно различаются, что предопределяет и различие макроскопических свойств поверхностей. В силу сказанного экспериментальное наблю- дение особенностей взаимодействие (опре- деление коэффициентов отражения) несет информацию об особенностях микрорельефа поверхности. Так, например, нормальное и близкое к нормальному падение на дефект в форме уз- кой щели в рамках “гладкой” модели предоп- ределяет значительное число столкновений с поверхностями бороздки, что физически эквивалентно весьма большой потере энер- гии и, тем самым, осаждению в пределах бо- роздки. Если же профиль бороздки ступен- чатый, то механизм зеркального отражения в тех же условиях бомбардировки задает практически полное отражение. В случае изотропного характера отраже- ния различие между двумя обсуждаемыми вариантами условий хотя и уменьшается, но не исчезает. Дополнительным подспорьем в процедуре диагностики может служить то, что главные особенности закона рассеяния допускают самостоятельное изучение, ска- жем, по картине отражения нормального по- тока от практически чистой поверхности. Формула (4) указывает на зависимость между наблюдаемыми значениями W и ха- рактером ступенчатости f(y). Дифференци- рование по p дает . (23) что позволяет определить функцию распре- деления параметров ступени по изменению коэффициента отражения при варьировании ориентации воздействия (напомним, что в соотношении (4) p > q). Соотношение (4) представляет форму ани- зотропии коэффициента отражения. Приме- нительно к специальному случаю, представ- ленному равенством (4), это выглядит как воз- растание степени черноты поверхности по мере увеличения угла отклонения угла бом- бардировки от нормали. И для углов, отве- чающих условию p < q, бороздка выглядит абсолютно черной. Учет разброса соотно- шений параметров ступенек (8 – 10) сохра- няет названную тенденцию: в условиях p → ∞ значение W → 1 убывает вместе с уменьшением p. Однако, если p снижается до значения q, то в соответствии с формулой (10) обращения в нуль не происходит; полу- чается невысокое, но конечное значение W. Объяснение этого обстоятельства в том, что в условиях разброса параметров ступенек при скользящем входе в бороздку отдельные сту- пеньки сохраняют возможность также прак- тически скользящего отражения. Область дальнейшего уменьшения p (p < q) не охва- тывается равенствами (9, 10), однако в силу свойств модели процесса выход частиц из бо- роздки при p < q не представляется возмож- ным. Таким образом, при уменьшении p сле- дует ожидать довольно резкого падения ко- эффициента W до нуля, когда p ≈ q. Это об- стоятельство может рассматриваться как еще одна составляющая инструментария диагно- стики поверхности при атомном воздействии. Разброс направлений первичного воздейс- твия содержит в себе общие тенденции ва- рианта с мононаправленной бомбардировкой (например, роль параметра q в формулах (6) и (14), но в силу свойств распределения (12) увеличивает роль относительно малых углов p, что в свою очередь, усиливает убывание W с ростом q. Если вновь воспользоваться оп- тическими категориями, то можно сказать, что при разбросе направлений первичного воздействия все узкие глубокие бороздки вы- глядят как практически “черные”. Эта осо- бенность согласуется с предсказаниями “гла- дкой” теории [9]. Обращение к варианту с изотропным от- ражением дает возможность рассмотреть слу- чай бомбардировки под относительно малы- ми углами к поверхности (p < q), что не охва- тывается схемой с зеркальным отражением. Убывание W с увеличением имеет место и здесь, то есть вариации формы индикатрисы рассеяния не приводят к изменению наиболее крупных качественных закономерностей. Одной из примечательных особенностей объекта с изотропным рассеянием является то, что при предельно низких углах рассеяния РАССЕЯНИЕ АТОМОВ НА ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТУПЕНЧАТОГО ПРОФИЛЯ ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3 ФІП ФИП PSE, 2010, т. 8, № 3, vol. 8, No. 3 249 p → 0 коэффициент W сохраняет конечное значение (в рамках модели около Ѕ). Это указывает на значительное количественное различие отражения при скользящих углах для действительно кристаллически правиль- ной неискаженной поверхности и поверхнос- ти, имеющей сколь угодно малые шерохова- тости. Захват атомов такими мелкими бороз- дками способствует их постепенному зара- щиванию (полировке поверхности). ЗАКЛЮЧЕНИЕ Изучение рассеяния на поверхности с геомет- рическими дефектами выявляет целый ком- плекс отличий картины взаимодействия с бороздчатой поверхностью от схемы рассея- ния на усредненной идеализированной по- верхности. Несмотря на то, что выполненный анализ не может считаться полным, тем не менее, он устанавливает существенные качественные закономерности, связанные с геометрией дефекта, угловым спектром пер- вичного потока, особенностями отражения. Полученные результаты могут быть ис- пользованы для целей корпускулярной диаг- ностики поверхностей и пучковых техноло- гий. Записанные соотношения содержат ва- рианты условий рассеяния, представляющих самостоятельный интерес и, с другой сторо- ны, допускают модификации и обобщения. ЛИТЕРАТУРА 1. Баранцев Р.Г. Взаимодействие разреженных газов с обтекаемыми поверхностями. – М.: Ф. -М., 1975. 2. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел/Под ред. Е.С. Маш- ковой. – М.: Мир, 1989. 3. Баранцев Р.Г. Люди в письмах. – М.: И., 2007. 4. Фальконе Д.//УФН. – 1992. T. 102, № 1. – С. 71. 5. Грибков В.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А., Якушин В.Л. Перспективные радиационно- пучковые технологии обработки материалов. – М.: Круглый год, 2001. – 528 с. 6. Кагадей В.А. Автореферат на соискание сте- пени доктора физ.-мат. наук. – Томск, 2004. 7. Берзин А.А., Морозов А.И. Ширина ступеней на шероховатой поверхности//ФТТ. – 2000. – Т. 42, Вып. 2. – С. 354-355. 8. Баранов А.М., Перешин С.А, Михайлов И.Ф. Новый универсальный метод контроля пара- метров слоев и шероховатости поверхности в процессах вакуумного осаждения и травле- ния//ЖТФ. – 1997. – Т. 67, № 8. – С. 62-64. 9. Долгов А.С., Гетьман А.А. Рассеяние атомов на шероховатой поверхности//Физическая инженерия поверхности. – 2008. – Т. 6, № 1-2. – С. 98-104. 10. Shimizu F.//Phys. Rev. Lett. – 2001. – Vol. 86. – P. 987. 11. Балыкин В.И.//УФН. – 2009. – T. 179, № 3. – C. 297. 12. Кукушкин С.А., Осипов А.В.//УФН. – 1998. – T. 168, № 10. – С.1083. 13. Петров Т.Ю., Романов В.Т. и др. Диффузный вклад в зеркальных спектрах и зеркальный в диффузных при рассеянии рентгеновского излучения//ФТТ. – 2009. – Т. 51, Вып. 9. – С. 1812-1817. А.С. ДОЛГОВ, А.А. ГЕТЬМАН

Рассеяние атомов на шероховатой поверхности ступенчатого профиля

Репозитарії

Схожі ресурси