yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Різні конспекти лекцій->Содержание->ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

мас-спектрометрія нейтральних частинок, розпилених іонами з енергією ДО 170 кеВ

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

 

                Актуальність теми. Широке застосування іонних технологій у різних галузях науки й техніки (джерела кластерів розпилювального типу, іонна літографія, термоядерний синтез, кількісний аналіз іонно-променевими методами та ін.) вимагає проведення досліджень іонного розпилення частинок певного сорту (ізотопів, молекулярних сполук, кластерів) при енергіях первинних іонів, що досягають 150-200 кеВ. На сьогоднішній день спостерігається відносно мала кількість публікацій з мас-спектрометричних досліджень процесів іонного розпилення у зазначеному діапазоні енергій. Це пов'язано з тим, що в установках для мас-спектрометричного аналізу потоків вторинних нейтральних частинок, як показує аналіз літературних даних, з міркувань компактності конструкції використовуються малогабаритні джерела первинних іонів, що генерують пучки з енергіями, які не перевищують 20-30 кеВ. Для одержання нових експериментальних даних про фізичні аспекти процесів іонного розпилення у широкому діапазоні енергій іонів (до 150-200 кеВ) необхідно створювати нові конструкції мас-спектрометрів вторинних нейтралей на основі установок, призначених для генерації високоенергетичних пучків іонів.

         У даній роботі вперше запропонована конструкція мас-спектрометра вторинних нейтралей на основі високодозного іонного імплантера, що дозволить збільшити верхню межу енергій первинних іонів до 170 кеВ. Використання іонного імплантера дає такі переваги при дослідженнях процесів іонного розпилення: мас-сепарація первинного пучка, блокування нейтралей у первинному пучку, висока густина струму первинних іонів (до 1 мА/см2 при повному струмі до 30 мкА), можливість зміни геометрії експерименту (кута між осями первинного пучка й системи аналізу вторинних частинок). Побудова системи аналізу розпилених частинок на основі монопольного мас-аналізатора з іонізатором ніровського типу, енергофільтром і системою регулювання струму вторинних іонів та іонів газового середовища дозволить значно розширити експериментальні можливості установки, оскільки дає можливість працювати в одному із трьох режимів – мас-спектрометрії вторинних нейтралей (МСВН), вторинних іонів (ВІМС) та іонів газового середовища. При цьому залишається актуальною проблемою знаходження оптимальних параметрів системи аналізу вторинних частинок для кожного режиму роботи установки, що відповідають максимальній чутливості при прийнятному рівні розділення піків, а також розроблення відповідних методик вимірювань, які забезпечать отримання коректних кількісних даних про процеси іонного розпилення.

         Таким чином, розроблення експериментального обладнання та методик вимірювань для мас-спектрометрії потоку розпилених нейтральних частинок при широкому діапазоні зміни енергії первинних іонів дозволить одержати інструмент, здатний розширити й доповнити наші уявлення щодо фізичних механізмів іонного розпилення.

         Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відділі електростатичних прискорювачів Інституту прикладної фізики НАН України у рамках таких науково-технічних програм: «Розробка фізичних основ та створення апаратури для дослідження методами скануючого субмікронного ядерного аналізатора модифікованої поверхні твердих тіл» (державний реєстраційний № 0196U004906), 2000‑2005 рр.; «Дослідження фізичних процесів при взаємодії високоінтенсивних пучків іонів водню та гелію з речовиною» (державний реєстраційний № 102U002778), 2000‑2005 рр.; «Розробка високоінтенсивних іонних джерел та експериментальні дослідження іонно-променевої модифікації матеріалів атомної техніки» (державний реєстраційний № 0107U000316), 2006‑2008 рр.

         Мета досліджень полягає у наступному:

·    розробленні експериментального обладнання та методик для досліджень процесів іонного розпилення у широкому діапазоні енергій первинних іонів (до 150‑200 кеВ) методом мас-спектрометрії вторинних нейтральних частинок;

·    розробленні методик визначення характеристик окремих вузлів обладнання та знаходженні оптимальних параметрів системи аналізу вторинних частинок, що забезпечують максимальну чутливість системи;

·    встановленні фізичних принципів іонного розпилення нейтральних частинок певного сорту у зазначеному діапазоні енергій первинних іонів.

         Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі завдання:

- розроблення конструкції та створення мас-спектрометра вторинних нейтралей на основі іонного імплантера з енергією первинних іонів до 170 кeВ; розроблення програмного забезпечення для автоматизації керування вимірювальною частиною системи; розвиток методики коректування сигналу детектора в режимі рахунку імпульсів;

- створення програмного забезпечення для моделювання траєкторій заряджених частинок в електричних і магнітних полях з урахуванням об’ємного заряду пучка; комп’ютерне моделювання траєкторій іонів в енергофільтрі, а також електронів та іонів у системі аналізу вторинних частинок;

- розроблення методик та експериментальне визначення основних характеристик енергофільтра та коефіцієнта трансмісії іонно-оптичної системи монопольного мас-аналізатора з енергофільтром як функцій енергії іонів;

- розроблення методик і проведення мас-спектрометричних досліджень емісії нейтральних кластерів міді, а також процесу переважного розпилення ізотопів молібдену при бомбардуванні поверхні іонами аргону в діапазоні енергій від 30 до 170 кеВ.

         Об'єкт дослідження – процеси розпилення, іонізації та транспортування нейтральних частинок у системі аналізу вторинних частинок.

         Предмет дослідження – потік нейтральних частинок, розпилених із поверхні твердого тіла пучком прискорених іонів.

         Методи дослідження: вимірювання струму й енергії пучка первинних іонів та масового складу потоку розпилених частинок; комп'ютерне моделювання траєкторій електронів та іонів у системі аналізу вторинних частинок; комп'ютерне моделювання процесів іонного розпилення матеріалів.

 

 

3