В С ЧЕРНЫШ Лаборатория ионно-пучковых нанотехнологий 1 18

В. С. ЧЕРНЫШ Лаборатория ионно-пучковых нанотехнологий 1 18. 02. 2018

Сегодня трудно представить наш мир без ионных пучков. Многие из фундаментальных открытий, направленных на развитие представлений о строении материи, были сделаны с использованием ионных пучков. В 1909 году Резерфорда выполнил свои знаменитые эксперименты по изучению структуры атома. 19 th INTERNATIONAL MEETING ON ION BEAM ANALYSIS University of Cambridge, UK 7 -11 September, 2009 Celebrating 100 years of Rutherford Backscattering 2 18. 02. 2018

БОЛЬШОЙ АДРОННЫЙ КОЛЛАЙДЕР УСКОРИТЕЛЬ ПРОТОНОВ И ТЯЖЕЛЫХ ИОНОВ НА ВСТРЕЧНЫХ ПУЧКАХ Предполагается, что на LHC удастся достичь энергии столкновения пучков протонов до энергий порядка 7 Тэ. В на 7 Тэ. В Large Hadron Collider 3 18. 02. 2018

ЧТО ТАКОЕ ИОННЫЙ ПУЧОК? -атомный или молекулярный ион, например, Ar+, N 2+ и т. д. Параметры ионных пучков -энергия (э. В): от нескольких э. В до Тэ. В -зарядовое состояние и тип иона (Z 1): ионы любого элемента, зарядовое состояние до +45! -плотность тока: от р. А/см 2 до А/см 2 -размер пучка: от 30 нм до 1 м КЛАСТЕРНЫЕ ИОНЫ: Ar. N, Me. N N 3 20000 4 18. 02. 2018

ДУОПЛАЗМАТРОН ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ЭЛЕКТРОД КАТОД АНОД ПЛАЗМА ВЫТЯГИВАЮЩИЙ (УСКОРЯЮЩИЙ) ЭЛЕКТРОД 5 18. 02. 2018

Пучки и космос Облучение поверхности планет и космических аппаратов Анализ элементного состава и структуры твердых тел Рассеяние ионов: резерфордовское, средних и низких энергий Ионные двигатели Модификация поверхности Ионная имплантация Формирование топографии Напыление пленок Ионное травление Ядерные реакции Пучковый термояд Ионно-ассистированное напыление пленок Регистрация вторичных частиц, индуцпированных ионным облучением 6 18. 02. 2018

СПЕКТРОСКОПИЯ РЕЗЕРФОРДОВСКОГО ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ Элементный состав слоя ~ несколько мкм Энергия зондирующего пучка 1 - 2 Мэ. В Разрешение по глубине 60 Å Е 0 Ер = к. М Е 0 Ep(z) = к. МЕ 0(z) – z/cos p(d. E/dx)вых Y( ) Р σ ~ 10 -24 см 2 Z Р E 0(z) = E 0 – z (d. E/dz)вх - + Использование каналирования и блокировки в РОР: -определение местоположения внедренных в кристалл примесей -изучение полиморфных превращений -релаксация поверхности -дефекты кристаллической структуры 7 18. 02. 2018

РАССЕЯНИЕ ИОНОВ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ Элементный состав верхнего слоя! Энергия зондирующего пучка 0, 5 - 5 кэ. В Латеральное разрешение 0, 01 – 1 мм 3 He+, 4 He+, Ne+, Ar+ Ef = f(M 0, M 1, M 2, θ)*Ei Сигнал РИ θ источник ионов noble gas ion source Позиционно position чувствительный sensitive детектор detector sample мишень Энергия 8 18. 02. 2018

МАСС СПЕКТРОМЕТРИЯ ВТОРИЧНЫХ ИОНОВ ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ВСЕХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ИЗОТОПНОМ УРОВНЕ, НАЧИНАЯ С ВОДОРОДА РЕКОРДНАЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ – 10 -9 ! ПУЧОК ЗОНДИРУЮЩИХ ИОНОВ ИОНЫ МАТЕРИАЛА МИШЕНИ Yaт ~ 1 Yион ~ 10 -3 МИШЕНЬ IMS-3 F «RIBER» 9 18. 02. 2018

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОННЫХ ПУЧКОВ ПРИ НАПЫЛЕНИИ ПЛЕНОК ДЕРЖАТЕЛЬ ПОДЛОЖКИ ЗАСЛОНКА ИСТОЧНИК ИОНОВ - 2 1. Создание потока распыленных атомов 2. Предварительное облучение подложки 3. Ионно-ассистированное осаждение РАСПЫЛЕННЫЕ АТОМЫ МИШЕНИ ИСТОЧНИК ЗАСЛОНКА ИОНОВ - 1 ОТКАЧКА 10 18. 02. 2018

ИОННО-АССИСТИРОВАННОЕ ОСАЖДЕНИЕ ПЛЁНОК NEXUS LDD-IBD Ion Beam deposition System http: //vecco. com SPECTOR Ion Beam Deposition System http: //vecco. com 11 18. 02. 2018

ВЛИЯНИЕ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ПОДЛЖКИ ИОННЫМ ОБЛУЧЕНИЕМ НА ОСАЖДЕНИЕ ПЛЕНОК 5 nm пленка In 2 O 3, осажденная на необлученный PC 5 nm пленка In 2 O 3, осажденная на облученный ионами Ar+ PC 12 18. 02. 2018

5 nm пленка In 2 O 3, осажденная на необлученный PC 5 nm пленка In 2 O 3, осажденная на облученный ионами Ar+ PC Y. Han, D. Kim, V. S. Chernysh. J. Appl. Phys. 2005(97) 024910 13 18. 02. 2018

РМИРОВАНИЕ НАНОКЛАСТЕРОВ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦ Ar+ 80 ke. V поликристалл Co 1 µm Нанокластеры 20÷ 50 нм V. S. Chernysh, L. Sarholt-Kristensen, A. Johansen, E. Johnson. Nucl. Instr. and Meth. , 1983(209/210)543 Ge+ Si. O 2 L. Rebohle et al. , 2001 14 18. 02. 2018

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПУЧКОВ ГАЗОВЫХ КЛАСТЕРНЫХ ИОНОВ Для достижения скорости звука на срезе звукового сопла необходимо, чтобы: Для большинства газов p 0/p 1~2. Экспериментально установлено, что: Phys. Rev. Lett. , 76(1996)34 15 18. 02. 2018

УСКОРИТЕЛЬ ГАЗОВЫХ КЛАСТЕРНЫХ ИОНОВ 16 18. 02. 2018

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КЛАСТЕРНЫХ ИОНОВ С ПОВЕРХНОСТЬЮ ТВЁРДЫХ ТЕЛ МД расчёты взаимодействия 50 кэ. В Ar 349 кластера с поверхностью Si показали, что через 362 фсек локальная температура может достигать 104 -105 К, а давление – несколько Мбар. Ударная волна может приводить к новым физическим явлениям, которые не наблюдаются при взаимодействии атомных ионов с поверхностью. 17 18. 02. 2018

СГЛАЖИВАНИЕ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ 18 18. 02. 2018

ИОННО-АССИСТИРОВАННОЕ ОСАЖДЕНИЕ ПЛЁНОК 19 18. 02. 2018

ПРОБЛЕМА ЗАКРЕПЛЕНИЯ КЛАСТЕРОВ: «PINNING» Palmer et. al. , Phys. Rev. , B 73(2006)125429 Eотд = 4 Мп. Мкл (Мп+Мкл)2 Екл Мп=n. Ms, Мкл=NMcl, а Еотд=Ed n. Ms «NMcl Еp ≈ Ed 4 n. Ms NМcl 20 18. 02. 2018

ИСТОЧНИКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КЛАСТЕРНЫХ ИОНОВ Лазерно абляционный источник кластеров (LACS) Стержень из кобальта Ag target Ar Ячейка абляции He Palmer et. al. , 2003 Импульсный клапан для несущего газа He сопло скиммер Ar. Fэксимерный лазер Nd: YAG лазер 21 18. 02. 2018

ПРОБЛЕМА «PINNING» Ni Au 70 1. 20 ke. V графит M. Di Vece et al. Phys. Rev. B 72 (2005) 073407 1922 18. 02. 2018