автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Воздействие резонансного лазерного излучения на распыленные ионным пучком атомы поверхности для аналитических целей

министерство'науки, высшей еколы и технической политики росснг.ског, федерации

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ (КОЛЕ РЯЗАНСКИЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Мнловэоров Дтитсий Евгеньевич

воздействие резонансного лазерного излучения НА расшлшые ионнал пучком атомы поверхности для аналитических целей

Специальность: 05,27.02 - Вакуумная и плазменная

электгюника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискшша учено» степени кандидата технических наук

Рязань 1992

Работа выполнена в Научно-исследовательском технологическая институте г.Рязань

Научный руководитель - доктор физико-иа.теиатичеоких наук,

про (Рессор Закурдаев И. В.

Официальные оппоненты - доктор (Тизико-иатематических наук,

npofeccop Степанов В.А.

- кандидат технических наук, доцент ГУро'в B.C. ,

Ведунья организация - Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометал-лической промътиенности ГИРЕДМЕТ г.Москва

Защита состоится - 1993 г. в___ часов на

заседании специализированного совета К 063.92.СЕ в Рязанском радиотехническом институте 390024, г.Рязань, ул.Гагарина, 59/1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рлзанокого радиотехнического института.

ABTopeifepaT разослан " " I99E г.

Ученый секретарь специализиро- у __ В.А.Коротчвнко ванного совета доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсивное развитие лазерных методов анализа и модификации поверхности, таких как лазерный гетерогенный катализ, лазерная масс-опектрометрия, поверхностная селективная фотоиокизация, вызывает необходимость в проведении исследований динамики электронных переходов в приповерхностной области и, п особенности, динамики электронного обмена в системе поверхность -атом-поле. Влияние поля лазерного излучения на характер электронного обмена вблизи поверхности реализуется в виде изменения кван-товомеханической структуры системы и неравновесности функции распределения электронов. Ввиду сложности и малоизученности взаимодействия в системе поверхность-атом-поле, отсутствия значительных экспериментальных результатов и недостаточности проведенных к началу работы теоретических исследований существует необходимость разработки модели, объясняющей механизм ионизации распыленного ионной бомбардировкой1 атома при его взаимодействии с поверхностью и электромагнитным полем лазерного излучения, и проведения экспериментов, подтверждавших еЭ. Увеличение выхода ионов, обусловленное резонансным лазерным возбуждением атомов и последующей туннельной резонансной ионизацией, открывает возможность построения нового метода исследования поверхности и управления поверхностными явлениями, представляющую практический интерес.

Изучение процессов иов-ионной и ион-атомной эмиссии методами селективной лазерной ионизации позволяет получить информацию об энергетических и пространственных характеристиках распыленных атомов в основном и возбужденных состояниях, что имеет научное значение.

Исследования аналитических возможностей лазерного атомно-ио-низационного спектрометра приводят к потребности совершенствовать элементы системы регистрации, такие как система рскриминации неселективного ионного фона и время пролетный масс-спектрометр.

Актуальность решения перечисленных выше проблем непосредственно вытекает из рассмотрения некоторых важных областей применения селективной лазерной ионизации атомов поверхности, так: I как элементный анализ твердого тела и лазерная стимуляция поверхностных явлений. Для указанных областей применения актуальным задачами являются изучение лазерио-стимулироврчной вторичной ионной эмиссии и разработка нового метода анализа поверхности, исполъзу-

ющего этот эффект. ■ • - ■

Целью диссертационной работы является исследование ионизации атомов на поверхности, растленных ионной бомбардировкой, при взаимодействии с резонансным лазерным излучением, выхода ионов при лазерно- "¡табулированной вторичной ионной эмиссии , а также энергетических распределений атомов, распыленных с поверхности твердого тела методом селективной лазерной ионизации.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Создана экспериментальная установка резонансной лазерной ионизации для проведения комплекса исследований характеристик ионного распнления атомов поверхности, процесса лазерной поверхностной ионизации, позволяющая проворть элементный анализ поверхности. . .

2. Предложен принцип фокусировки ионных пакетов во время-пролетном масс-спектрометре типа масс-рефлектрон, позволяющий повысить разрешение при значительных начальных разбросах энергии распыленных частиц.

3. Предложен и реализован метод дискриминации ионов веселек-тивного происхождения при элементном анализе поверхности методом селективной лазерной ионизации.

4. Исследованы зависимости выхода вторичных иолов при воздействии на распыляемую ионным пучком поверхность лазерного излучения от мощности и частоты излучения. Наличие резонаноных пиков в опек-тре обусловлено когерентными эффектами. Установлена возможность увеличения выхода ионов при ионном распылении поверхности в поле лазерного излучения.

5. Предложена модель ионизации распыленного атома при его взаимодействии с электромагнитным полем лазерного излучения и поверхностью металла, позволяющая описать резонансный характер этого взаимодействия, оценить вероятности процессов ионизации и нейтрализации, рассмотреть кинетику образования ионов и возбужденных . атомов, объяснить частотную селективность выхода вторичных ионов.

6. Проведены экспериментальные исследования энергетических распределений атомных частиц в основном, метастабильном и заряженном состояниях методами селективной лазерной ионизации.

Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждается: согласием :еоретических выводов и экспериментальных результатов, проведением комплекса исследований характеристик ионного распыления атомов поверхности и лазерной поверхностной иони-

зации, практическим использованием ряда результатов и выводов,изложенных в работе, апробацией материалов диссертационной работы путем обсуждения на международных и всесоюзных конференциях и опубликования статей в журналах.

Практическая ценность работы. Предложены и реализованы методы дискриминации ионного фона неселективного происхождения, вследствие применения которых осуществляется снижение предела обнаружения примеси. Разработаны метод калибровки лазерного атомно-ионизационного спектрометра и метод проведения измерения концентраций примеси в диапазоне - 10 %. Предложен и реализован способ приготовления образцов с нормированным содержанием примеси. Предложен метод анализа поверхности, сочетающий возможности,обусловленные резонансным лазерным возбуждением распыленных атомов, с высокой степены) ионизации за счет резонансного туннелирования в поверхность. Преимуществом такого метода является высокий коэффициент использования вещества пробы ICD % . Данный метод позволяет также определять электронную структуру поверхности и атома вблизи неё на основе анализа частотной селективности выхода образующихся ионов. Полученные результаты могут быть использованы для создания приборов, позволяющих проводить высокочувствительный элементный анализ поверхности твердого тела, принцип работы которых основан на селективной лазерной ионизации распыленных ионным пучком атомов. Предложенные технические решения опубликованы и содержатся в описаниях к 6 авторским свидетельствам на изобретения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Одним из основных механизмов образования вторичных ионов при воздействии резонансного лазерного излучения на распыляемую первичными ионами область повёрхнооти является резонансное возбуждение с последующей резонансной туннельной ионизацией при

EjJt) ' Е f , где Ejt) - возбужденный уровень атома, Ер - уровень энергии Ферми.

2. Возникновение резонансных структур в спектре вероятности ионизации атома на поверхности в поле лазерного излучения зависит от соотношения частот колебаний высоты потенциального барьера между атомом и поверхностью с частотой соударения электрона на возбужденном уровне со стенкой барьера п частотой колебания населенности возбужденного уровня атома. Ширина резонансных пиков определяется скоростью удаления атома от поверхности.

3. Выход вторичных ионов с поверхности в поле лазерного излучения обладает частотной селективностью, зависящей от электронной структуры поверхности и атома, а также скорости распыленных частиц. При высоких энергиях частиц (более I кэВ ) селективность отсутствует. Нелинейная зависимость выхода ионов от плотности мопь ности лазергого излучения определяется когерентными эффектами.

4. Энергетические распределения фотоионов представляют собой линейную комбинацию функций распределения частиц, продуцируемых в результате различных процессов новообразования с весовыми коэффициентами, характеризующими их эффективности.

5. Метод резонансного воздействия лазерного излучения на распыляемую область поверхности позволяет увеличить более чем на порядок выход вторичных ионов. . ,

Апробация работа. Материалы работа докладывались на Х1У Международной конференции "Когерентная и нелинейная оптика" ( г.Ленинград, 1991 г. ), на Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике ( г.Киев, 1987 г., г.Ленинград, 1990 г.) , П Всесоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом" ( г.Москва, 1989 г. ), УШ Всесоюзной конференции по методам получения и анализа высокочистых веществ ( г.Горький, 1988 г.), III Всесоюзной конференции "Применение лазеров в народном хозяйстве" ( г.Шатура, 1989 г.) , У Всесоюзном семинаре по вторичной ионной и ионно-фотонной эмиссии (г.Харьков, 1988 г.), Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых по диагностике поверхности ионными пучками ( г.Донецк, 1988 г.).

Публикации. Основные результаты, вошедшие в диссертацию , отражены в 23 печатных работах, 6 изобретениях и опубликованы в журналах "Письма в Журнал технической физики", "Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики", "Приборы и техника , эксперимента ", "Электронная промышленность ", "Измерительная техника" и трудах конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического списка. Содержит 122 страницы основного текста, 54 страницы с рисунками и таблицами , 15 страниц библиографического списка. '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, методы и объект исследования, сформулирована цель диссертационной работы , отражены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, изложены основные зачищаемые положения.

Первая глава носит обзорный характер и раскрывает современное состояние вопросов, рассмотренных в диссертации.

В первом разделе обсуждаются вопросы, связанные с резонанс -ной лазерной ионизацией атомов, находящихся в свободном состоянии и во взаимодействии с поверхностью твердого тела. Описывается осциллирующее поведение населенности возбужденного уровня атома. Приводится обзор теоретических работ, посвященных исследованию процессов, возникающих при резонансном возбуждении атомов вблизи поверхности. При этом показывается, что вместе с возможностью реализации эффекта резонансной ионизации атома на поверхности металла выявляется неполнота теоретических исследований взаимодействия "поверхность-атом-поле".

Во втором разделе главы проводится анализ современных методов, реализующих резонансную ионизацию распыленных ионной бомбардировкой атомов поверхности, и их аналитических возможностей. При этом отмечается, что метод резонансной лазерной спектроскопии в сочетании о ионным распылением атомов поверхности предпочтителен при изучении процесса ионизации и параметров эмиссии частиц.

В третьем разделе описываются процессы, происходящие на поверхности при воздействии лазерного излучения. В результате проведенного анализа работ установлен характер влияния поля электромагнитного излучения лазера на процессы десорбции атомов, возбуждения электронной подсистемы и трансформации поглощенной энергии при плотности мощности излучения, находящейся в диапазоне Ю2-Ю5 Вт/см2.

Вторая глава содержит описание высоковакуумной экспериментальной установки резонансной лазерной ионизации, предназначенной для проведения комплекса экспериментальных исследований характеристик атомной эмиссии под действием ионного распыления и процесса лазерной поверхносгчой ионизации.

Установка содержит вакуумную аналитическую камеру, ионную импульсную пушку ( , ток .ионов до 1 мА, энергия ионов

0,5-0,5 кэВ), оптическую схецу лазерной селективной ионизации, систему регистрации фотоионов.

Первый параграф посвящен общему описанию эксперимевталъной установки. " налитическая вакуумная камера онабжена прецизионный и передающим манипуляторами, средствами вакуумной откачки и измерительными узлами. Рабочее давление в аналитической камере составляет I • КГ6 Topp. Ионная пушка установлена под утлом 45° к вертикальной оси камеры. Описываемые средства вакуумной откачки позволяют получить вакуум, необходимый для устранения влияния неселективного фона ионизованных частиц остаточного газа, а также возможности их осаждения на поверхность образца.

Во втором параграфе описывается лазерная техника, включенная в экспериментальную установку. Оптическая система двухступенчатой лазерной ионизации с резонансным возбуждением состоит из твердотельного лазера на fMTitfd1* ЛТИ-409 ( Д = 355 нм, энергия в импульсе 0,01 Дж, § = 56 Гц), излучение которого служит оптической накачкой перестраиваемого лазера на органических красителях ЛШ-509, а также реализует вторую ступень ионизации. Резонансное возбуждение атомов осуществляется изучением перестраиваемого лазера на красителе с длиной волны генерации, соответствующей переходу атома определенного элемента в возбужденное состояние.

Импульсная ионная пушка, описываемая в третьем параграфе, отвечает двум требованиям, предъявляемым к системам пробоотбора в лазерной резонансной ионизации распыленных атомов: I) импульсному режиму работы, обусловленному использованием при селективной ионизации импульсных лазеров; 2) высокому значению ионного тока в импульсе при оптимальной скорости распыления образца, необходимому для увеличения плотности анализируемых атомов в области взаимодействия с лазерным излучением. Ионная пушка разработана на основе источника с полным катодом, обладающего высокой эффективностью, яркостью и имеющего большой срок службы. Приведенные в параграфе результаты исследований параметров ионной пушки определили режимы работы: большого тока 0,5 мА. в импульсе с диаметром пучка 3 мм и малого тока 4 мкА в непрерывном режиме с диаметром пучка 100 мкм, достигаемым за счет диафрагмирования пучка.'

В последнем лараграфе второй главы приводится описание системы регистрации, состоящей из фильтра вторичных ионов, электродов, ограничивающих зону облучения атомного пучка, и времяпролет-ного масс-спектрометра. Приведенные результаты расчета эффективности фильтрации в сочетании с экспериментальными результатами оп

вости фильтрации в оочетании о экспериментальными результатами определяют условия разделения фотоионов селективного происхождения и ионного фона.

В третьей главе исследованы аналитические возможности лазерного атомво-лонизационного спектрометра, в частности снижение предела обнаружения путем повышения эффективности фильтрации неселективного ионного фона. С целью разделения селективных фотоионов и вторичных ионов в пространстве предложено на выталкивающий электрод системы регистрации подавать импульсы разной полярности, параметры которых удовлетворяют условиям:

¡и,(№ »/едЛ ; *в Ъ , (I)

0 0

ГД0 С, , ^ и и4Щ ¡и1'0.) - длительности и формы импульсов отрицательной и положительной полярности; tu - временной интервал между импульсами;- "¿Л - длительность импульсов лазерного излучения; дГ - нестабильность во времени генерации излучения лазерных импульсов. Экспериментальные исследования показали, что эффективность такого рода фильтрации более чем в 10 раз превосходит эффективность электростатического |ильтра.

Устранению другой составляющей неселективного ионного фона - фотоионов, образованных в результате нерезонансного взаимодействия атомного пучка с лазерным излучением, посвящен следующий метод фильтрации. Распыленные ионным пучком частицы порергаются предварительному возбуждению импульсами излучения о энергией фотонов , удовлетворяющей условию F¿ , где Е: -энергия ионизации определяемого элемента, в результате чегореа-лизуется нерезонансная ионизация атомов с энергиями ионизации меньшими, чем у атомов определяемого элемента, а также атомов , имеющих заселенные возбужденные уровни. Проведенные расчеты показали, что более продуктивного снижения уровня неселективных фотоионов можно добиться, осуществляя предварительное возбуждение в внсохолежапие ридберговскпе состояния. Для времени жизни подучено:

где = 13,6 эВ, £"0 - константа. При возбуждении атомов пуч-

ка в высоколежащие состояния атомы К-1 элементов, у которых энергия ионизации меньше, чем энергия фотонов излучения, понизу-

ются. Атомы определяемого элемента, а также атомы элементов, об» • ладающих энергией ионизации большей, чем у определяемого элемента, переводятся в различные возбужденные состояния с отличающимися ' главными квантовыми числами в зависимости от элемента К и, следовательно, обладающими разными временами жизни. В результата проведенных расчетов получено условие реализации селекции по временам жизни состояний:

Далее оценивается число частиц, взаимодействующих с излучением на основе результатов теории линейных каскадов Зигмунда. Результатом расчетов с учетом параметров первичного ионного пучка и лазерного излучения явилась оценка предела обнаружения.

Во втором параграфе изложены основные принципы пространственно-временной фокусировки ионных пакетов переменным электрическим полем во времяпролетном масс-спектрометре типа масс-рефлектрон. Получен алогритм определения вида функции Ц ) при различных значениях начального разброса частиц по энергиям. Проведена оценка разрешения времяпролетного масс-спектрометра-элемента системы регистрации фотоионов. Выведены соотношения для геометрических параметров масс-рефлектрона с отражением ионов переменным электрическим полем. Результаты экспериментальных исследований показывают возможность реализации фокусировки.

Третий параграф посвящен рассмотрению методов калибровки лазерного атомно-ионизационного спектрометра. Для количественного определения концентрации примеси необходимы градуировочвые графики для каждого определяемого элемента. При анализе образцов веществ высокой чистоты влияние основы устраняется созданием образцов сравнения, подобных анализируемому, образцу. На основе разработанной методики создания образцов с нормированным содержанием примеси были приготовлены образцы индия и кремния с примесью галлия. Результаты экспериментальных исследований подвергались проверке методами нейтронно-активационного анализа. Использование образцов с нормированным содержанием примеси позволило пройеоти калибровку, результатом которой явилось построение калибровочной кривой для прт,месь галлия в образце индия с содержанием в диапазоне концентраций КГ^-Ю-4 % . Другим способом калибровки спектрометра явилось использование реперного пучка. Результаты экс-

(3)

зериментальных исследований показали возможность получения широ«. *ого диапазона плотностей атомов в зоне облучения 10-10^ ато-<юв/сы3, .......

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных ^следований энергетических распределений атомов /¡£ , Ста. , Iк з основном и первом метастабильном состояниях, распыленных с по-зерхности образца ионной бомбардировкой. Найденные эксперимен ~ гально положения максимумов энергетических распределений атомов

, £а | 1к согласуются с расчетными значениями по теории ¡игадунда-Томпсона при значении показателя степени т = 0,1. Раз-шчия в положении максимумов для разных атомов элементов возника-У!, согласно теории линейных каскадов столкновений, из-за разницы I энергиях связи атомов на поверхности. Сдвинутые в область более шсоких энергий по сравнению с атомами в основном состоянии положения максимумов энергетических распределений атомов в метаста-¡ильннх состояниях объясняются комбинацией механизмов возбуждения 1томов при взаимодействии с поверхностью, реалаксацяей с высоко-[ежащих уровней и неупругой передачей энергии при соударениях, 'еоретические исследования фракционного соотношения распыленных в 1азличвых состояниях атомов позволил реконструировать функцию 1аспределения атомов в возбужденном состоянии. Результаты расче-юв по порядку величины соответствовали полученным эксперименталь-:ым результатам. Отношение фотоионных сигналов атомов в метаста-¡ильном и основном состояниях было равно 10 % и 7 % для Ти и <5-4 оответственно.

Пятая глава посвящена изучению процесса ионизации атомов на оверхности твердого тела под действием резонансного лазерного изучения и лазерно-стимулированной вторичной ионной эмиссии. Прове-ена оценка вероятности туннельной ионизации атома вблизи поверх-ости при резонансном лазерном возбуждении на основе приближеиия ентцеля-Крамера-Бриллюэна. Для описания резонансного взаимодей-твия излучения с атомами поверхности, частотной селективности ыхода ионов, кинетики ионизации построена более полная теорети-еская модель, представляющая собой зависящую от времеш! модель ндерсона. Гамильтониан системы записан в операторах вторичного вантования следующим образом :

- 10 -

W = E< + z+ZEHlt)cick +m,Ji)c;c

vgiijci^ + iv^ltjcjc^v«/^).

i

В этом выражении - энергия к-го уровня поверхности металла, е4 и £г - энергетические уровни двухуровневой системы, описывающей атом, покидающий поверхность металла. Основной i и возбужденный 2 электронные уровп атома расположены соответственно ниже и выше уровня Ферми в металле. Четвертый член описывает процессы туннелцрования между уровнем в зоне проводимости металла и

основным ц> и возбужденным \1> уровнями атома. Последний член описывает взаимодействие между атомом и электромагнитным полем излучения лазера. Матричный элемент туннелирования " • зависит от времени как в результате того, что атом удаляется от поверхности со скоростью Vp , так и в результате того, что поле электромагнитного излучения лазера периорчеоки изменяет высоту потенциального барьера между атомом и поверхностью:

„ o-t о

где X = 2. А , Vf - скорость атома, ,

U«Uo-^SU .SU«efAxeosi4i) . Vu<Uo . '

Результаты исследования модели позволяют записать кинетические уравнения для васеленностей уровней распыленного атома в ви-

(в)

Вычислена вероятность ионизации при усреднении вероятности туннелирования по периоду колебаний высоты потенциального барьера:

t (7)

где Т , слГЛ - частота лазерного излучения, £г - энер-

гия электрона, Ue -высота потенциального барьера, Хкр - расстояние, на котором сохраняется соотношение

Определены условия возникновения резонансных структур в спектре вероятности ионизации. Вероятность ионизации выражается с-едущим образов:

Ра)~ (8)

где А = , - частота Раби. Пер-

вые сомножитель характеризует удаление атома от поверхности со скоростью Ур . Второй и третий сомножители описывают осцилляции вероятности ионизации, обусловленные периодическим изменением высота потенциального барьера между атомом и поверхностью и колебаниями населенности возбужденного уровня атома. Ширина пиков спектральной характеристики равна ^ . При постоянной величина 9/"°) пики симметричны. Симметрия нарушается в высокочастотной области, если учитывается зависимость Е^)"Ег(*>) -- (£щ.Н-£1<о))ехр(-№).

Проведен анализ процессов ионизации и нейтрализации при облучении атомов импульсами излучения наносекундной длительности, результатом чего стала оценка эффективности ионизации.

Далее приводятся результаты теоретических и экспериментальных исследований вторичной ионной эмиссии, стимулированной резонансным лазервым излучением. Проводится оценка конкурирующих процессов, таких как лазерная десорбция и вторичная ионная эмиссия. Представлены результаты экспериментальных исследований спектральных характеристик выхода ионов. При сканировании излучения вблизи длины волны резонансного перехода наблюдались максимумы-, илриной, превышающей более чем в 10 раз спектральную ширину линии лазерного излучения. При энергиях распыленных частиц, превышающих I кэВ, резонансные пики не наблюдались. Это соответствует выводу о том,что резонаноныа пики иочезают при ^Р^ и/л . Затем излагается анализ полученных энергетических распределений. Показано, что функция распределения может быть представлена в виде:

где й."-0.9, d~-0.0l-0.if 0.01 . Эта формула выражает

вклад отдельных каналов новообразования, таких как вторичная ионная эмиссия, лазерно-стицулированная вторичная ионная эмиссия, лазерная деоррбция, в энергетическое распределение ионов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Впервые проведены исследования лазерной поверхностной фс тоионизации атомов, распыленных ионной бомбардировкой . Разработаны и созданы: экспериментальная установка для проведения исоле дований эмиссии распыленных атомов и лазерно-стимулированных прс цессов ва поверхности методом резонансной лазерной ионизации, ии пульсная ионная пушка, обеспечивающая высокую плотность частиц I зоне взаимодействия с лазерным излучением.

2. Предложен принцип фокусировки ионных пакетов во время- ' пролетном ыасс-спектромэтре типа масс-рефлектрон, позволяющий пс выситъ разрешение при значительных начальных разбросах энергии распыленных частиц. Предложен и реализован метод дискриминации ионов весалектипного происхождения при элементном анализе повар: ности методом селективной лазерной ионизации.

3. Экспериментально изучены энергетические распределения атомов АС , 6а , 1ч. , распыленных в основном состоянии. Отмечено, что максимум энергетических распределений расположен в более низкоэнергегической области по сравнению с максимумами • энергетических распределений вторичных ионов. Экспериментально исследованы энергетические распределения распыленных атомов /<£

£а , в метастабильном состоянии. Сдвиг в область более высоких энергий,по сравнению с атомами в основном состоянии, максимумов энергетических распределений, а также их уширение обусловлены действием механизмов возбуждения атомов вблизи поверхности, релаксацией с выооколежащих уровней и неупругой передаче! энергии при соударениях. Проведены исследования фракционного соотношения распыленных частиц.

4. Исследован механизм ионизации распыленного ионной бомба] дировкой атома при.его взаимодействии с поверхностью и электромагнитным полем лазерного излучения. Вычислена вероятность иони-Jaции при усреднении вероятности туннелирования по периоду колебаний высоты потенциального барьера между распыленным атомом и поверхностью. Определены условия возникновения резонансных пико] в спектре вероятности ионизации. Проведен анализ процессов ионизации и нейтрализации при облучении атомов импульсами излучения наносекундной Длительности, результатом которото стала оценка эффективности ионизацйй.

5. Изучены зависимости выхода вторичных чояов в поле ла-

зерпого излучения от параметров излучения. Показано, что выход îohob обладает частотной селективностью. Наличие резонансных пи-toB в спектре обусловлено когерентными эффектами. Ширина пиков зависит ;:от скорости удаления атома от поверхности. Нелинейность зависимости выхода ионов от плотности мощности излучения опреде-1яется также когерентным изменением барьера под действием поля.

6. Исследованы энергетические распределения вторичных ионов ipn резонансной лазерной поверхностной ионизации атомов, распы -¡енных ионной бомбардировкой. Показано, что функция распределения 1 этом случае представляет собой линейную комбинацию функций рас-феделения ионов, продуцируемых в результате различных процессов юзообразования с весовыми коэффициентами, пропорциональными их |ф$ективностям.

7. Предложен метод резонансного воздействия лазерного излу-1ения на атомы поверхности твердого тела, позволяющий увеличить ¡ыход вторичных ионов, а следовательно, управлять поверхностными [влениями.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Миловзоров Д.Е., Шишлаков В.А. Исследование нейтрального омпонента продуктов ионного.распыления// Приборостроение для ихроэлектроники: технЬлогия, физика и диагностика тонкопленочных труктур: Тез. докл. конф., Сер.7, Вып.4 (246). М. : ЦНИИ "Элект» оника", 1986. С.22-23.

2. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е., Шерозия Г.А., Шишла-

оз В.А. Исследование нейтрального компонента ионного распыления етодом селективной лазерной ионизации// Тез. докл. XX Всесоюзной онференции по эмиссионной электронике. T.I. Киев, 1987. С.45.

3. Горбунов C.B., Миловзоров Д.Е., Чернобродов Е.Г. Метод алибровки лазерного атомн'о-флуореоцентного спектрометра с по-ощью образцов сравнения // Физико-аналитическое оборудование в аучвых исследованиях и технологии современной микроэлектроники: ез. докл. конф. Сер.7, Вып.2 (276). М. : ЦНИИ "Электроника", 1987. .26-27.

4. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е., Мучник М.Л., Шерозия Г.А., . ишлаков В.А. Лазерный атомно-ионизационный спектрометр для пос-. ойного анализа поверхности // Электронная промышленность. 1988.

un.5 (163). C.I4I-I42.

5. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е., Шерозия Г.А.-, Шишла-

ков В.А. Исследование ионного распыления методом селективной л£ зерной ионизации // Тез. докл. У Всесоюзного семинара по вторичной ионной и ионно-фотонной эмиссии. 4.2. Харьков, 1988.С.I68-IC

6. Горбунов C.B., Закурдаев И.В., Шловзоров Д.Е., Муз-лов Д. П., Чернобродов Е.Г. , Шерозия Г.А. Создание стандартных о< разцов и построение аналитического градуировочного графика для атомно-флуоресцентного cr.-ктрометра с лазерным отбором пробы // Гез. докл. ЛИ Всесоюзной конференции по методам получения и анализа высокочистых веществ. Ч.З. Горький, 1988. С. 42-43.

7. A.c. I5493II СССР, МКл5 Ol 21/39. - // Миловзо-ров Д.Е., Стрельников Д.В., Шерозия Г.А., Шишлаков В.А.

8. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е., Шерозия Г.А., Шишлаков В.А. Исследование методом селективной лазерной ионизации эмиссии атомов, распыленных с поверхности твердого тела ионным путем // Тез. докл. IX Всесоюзной конференции по взаимодействию атомных частиц с твердым телом. Москва, 1989. T.I. 4.1. Ç.II9--120.

9. Горбунов C.B., Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е., Шишлаков В.А., Шерозия Г.А. Использование перестраиваемых лазеров пр разработке аналитических пр1боров для микроэлектроники // Тез." докл. III Всесоюзной конференции "Применение лазеров в народном хозяйстве". Шатура, 1989. Ч.З. С.335-336.

10. A.c. 1654720 СССР, МКл5 01 1/2 . Козлитин В.П., Миловзоров Д.Е.

11. A.c. 1635728 СССР, МКл5 0 1 27/62. Миловзоров Д.Е. Шишлаков В.А.

12. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е., Шерозия Г.А., Шишлаков В.А. Энергетические распределения атомов, распыленных ионнь пучком // Письма в ЖТФ. 1990. T.I6, Вып.14. С.51-55.

13. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е., Шерозия Г.А., Шишла -ков В.А. Исследование энергетических харатерисгик атомной эмж сии при взаимодействии ионного пучка с поверхностью твердого tî ла // Тез. докл. XXI Всесоюзной конференции по эмиссионной эле! тронике. Ленинград, 1990. Т.2. С.173.

14. A.c. по заявке 4659812 СССР, МКл5 H 01 49/40. № ловзоров Д.Е., Шерозия Г.А., Шишлаков В.А.

15. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е., Шерозия Г.А., Шишлаков В.А. Устан^ка для элементного анализа поверхности // Приб1 ры и техни/л эксперимента. 1991. № 3. С. II5-II7.

16. Кузьмина M.B., Миловзоров Д.Е., Орлов Ю.В., Стрельников Д.В., Шишлаков В.А. Импульсная ионная пушка для лазерного атомно-ионизационного спектрометра // Приборы и техника эксперимента. 1991. ИЗ. С.I20-I2I.

17. A.c. по заявке 4855492-СССР, МКл5 H Ol 49/14. Миловзоров .Д.Е., Шерозия Г.А., Шишлаков В.А.

18. Горбунов C.B.."Миловзоров Д.Е., Чернобродов Е.Г., Шерозия Г.А., Шишлаков В.А..Лазерный атомно-флуоресцентный и атомно--ионизационный спектрометры// Измерительная техника. 1991. JJ9.

!. 24-25.

19. А.о. по заявке 4846721 МКл5 Ol 21/39. Миловзоров Д.Е. Нишлаков В.А.

20. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е. Ионизация распыленных номов резонансным лазерным излучением около поверхности// Тез. юкл. 117 Международной конференции по когерентной и нелинейной щтике. Ленинград, 1991. T.I. C.I27-I28.

21. Закурдаев И.В.. Миловзоров Д.Е., Шишлаков В.А. Вторичная гонная эмиссия из металла, усиленная резонансным лазерным излуче-шеы // Тез. докл. Х1У Международной конференции по когерентной и 1елинейной оптике. Ленинград, 1991. С. 128.

22. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е., Шишлаков В.А. Вторичная юнная эмиссия о. поверхности металла, усиленная резонансным ла-орным излучением // Пиоьма в ЖТФ. 1992. Т. 18. Вып.З. С. 3-9.

23. Закурдаев И.В., Миловзоров Д.Е. Ионизация распыленных itomob резонансным лазерным излучением около поверхности //Письма I ЖЭТФ. 1992. Т.55. Вып.5. С.265-267.

/

Дмитрий Евгеньевич Миловзоров

ВОЗДЕЙСТВИЕ РЕЗОНАНСНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА РАСПЫЛЕННЫЕ ИОННЫМ ПУЧКОМ АТОМЫ•ПОВЕРХНОСТИ ДЛЯ АНАЛИТИЧЕСКИХ целей

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать Формат бумаги 60 х 84 1/16

Бумага писчая № 2. Печать ротапринтная. Усл.печ.л. 1,0 Уч.-изд.л. 1,0. Тираж 100. экз. Заказ Л.? Бесплатно

Рязанский радиотехнический институт. 390024, Рязань, ул.Гагарина, 59/1,