I bob. Ionli implantasiya usuli

2.3.IKKILAMChI IONLAR MASS SPEKTROMETRIYASI USULI

IKKILAMChI IONLAR MASS SPEKTROMETRIYASI

Qattiq jismning tashqi atom qatlami tarkibi haqida ma’lumot olish imkoni ikkilamchi ion mass spektrometriya va boshqa usullarini yaratilishi va takomillashtirilishi hisobiga kengaydi. Ko’pgina bu usullar material tarkibi haqida asosiy ma’lumotlar qalinligi 10Ǻ atrofida bo’lgan sirt oldi sohadan kelganligi uchun ular sirtni o’zini taxlil qiladilar. Bu barcha usullarning sezgirligi ko’pgina yelementlarning monoatom qatlamining kichik bo’lagini aniqlash uchun yetarlidir.Tez ionlarning qattiq jism bilan o’zaro ta’sirlashishi materialdan atom va molekulalarni ham neytral, ham zaryadlangan holda urib chiqarishga olib keladi. IIMS usuli zaryadlangan zarralarni samarali hosil qilish hodisasi va yuqori sezgir mass spektrometrik o’lchashlar prinsipiga asoslanadi. IIMS boshqa usullar kabi ayrim kamchiliklarga yega bo’lsada, u bitta asbobda qattiq jismning xam sirtini, xam hajmini keng tadqiq yetish imkonini beruvchi yagona qurilmadir. Usulning yeng asosiy o’ziga xosligi shundaki, u ko’pgina yelementlar uchun juda kichik sezgirlik ostonasiga yegaligi (10^-4 monoatom qatlamdan kichik), 50Ǻ chuqurlik bo’yicha kichik miqdordagi kirishmalar konsentrasiyasining taqsimotini o’lchash, izotop tahlil va kichik atom tartibli yelementlarni (Ҳ, Li, Be va boshqalar) aniqlash imkonidir.Yuqori yenergiyali ionlar (1 – 100 keV) qattiq jism sirtiga tushganda, u bilan 10 xil ta’sirlashishlar yuz berishi mumkin. Tushuvchi ion namuna atomi yoki atomlar guruxi tomonidan sochiladi (1). Orqaga sochilish jarayoni ionlar trayektoriyasini to’qnashishdan so’ng boshlang’ich yo’nalishidan og’ishiga va nishon atom iva ion orasida yenergiya almashuviga olib keladi. Yenergiya almashuvi ta’sirlashuvchi zarra turi ion yenergiyasiga bog’liq ravishda yelastik va noyelastik bo’lishi mumkin. Ionni impulsi shunchalik katta bo’lishi mumkinki, ular namuna sirt atomini kristall strukturada kuchsiz bog’langan xolatdan kuchlibog’langan xolatga siljitadi (2). Bu jarayonni atomli dislokasiya bog’langan xolatga xolatga siljitadi (2). Bu jarayonni atomli dislokasiya bog’langan xolatga siljitadi (2). Bu jarayonni atomli dislokasiya deyiladi. Yuqori yenergiyali ionlar namuna ichkarisida ichki dislokasiyani keltirib chiqaradi (3). Namuna sirti bilan to’qnashayotgan ionlar shunchalik katta impuls bersa, bir yoki bir necha atomlar to’laligicha bog’dan ozod bo’ladi. Bunda fizik changlanish yuz beradi (4). Ionlar kristall panjaraga kirib boradi va u yerda o’z yenergiyasini yo’qotgan holda qoladi (ion implantasiya) (5). Ionlarni sirt atomlari bilan kimyoviy reaksiyasi natijasida sirtda yangi kimyoviy birikma hosil qiladi. Bunda yeng yuqori qatlam atom gaz holatda bo’lishi mumkin va bug’lanadi (kimyoviy changlanish) (6). Bombardimon qiluvchi musbat ion Oje neytrallanish jarayoni natijasida sirt yelektronini oladi va undan neytral atom ko’rinishida qaytadi (7). Ionlar namuna sirti bilan bog’lanishi mumkin (adsorbsiyalangan) (8). Metall sirtni ion bilan bombardimon qilganda ayrim sharoitda ikkilamchi yelektronlar yemissiyasi hosil bo’lishi mumkin (9). Sirt atomlari ionlashgan xolatgacha g’allayonlansa v
a namunani tark yesa, ikkilamchi ion yemissiya yuz beradi (10).Ion sekinlashib, o’z yenergiyasini qattiq jismga beradi. Yenergiyani yo’qolish jarayonini taxlil qilishda ikkita mexanizmga ajratish qulaydir: yelektronlar bilan to’qnashish va yadro bilan to’qnashish.Birinchi mexanizmda tez ionlar kristall panjara yelektronlari bilan o’zaro ta’sirlashadi. Natijada g’allayonlanish va kristall atomining ionlashishi yuz beradi. Nishon moddasida yelektronlar zichligi katta bo’lganligi uchun bunday to’qnashishlar ko’plab bo’ladi va yelektronlarda yenergiya yo’qotilishini uzluksiz deb xisoblasa bo’ladi.

Ikkinchi mexanizmda birlamchi ion va nishon atolari yekranlashgan zaryadlar orasida o’zaro ta’sirlashishlar yuz beradi. Bunday to’qnashishlarning chastotasi kichik bo’lganligi uchun ularni ikkita zaryadlarning yelastik to’qnashishi sifatida qarash mumkin.Yuqori yenergiyali ionlar rezerford sochilishi bilan yoritiladi. O’rta yenergiyali ionlar kulon sochilishini yekranlashi bilan yoritilsa, kichik yenergiyalarda ta’sirlashish xarakteri murakkab bo’ladi.

Yuqorida keltirilgan mexanzmlardan tashqari yenergiya yo’qolishiga harakatlanayotgan ion va nishon atomlari orasida

zaryad almashuvi xam qo’shimcha beradi. Bu jarayon ionlarning tezligi yelektronlarning bor tezligiga (10⁶ m/s) teng bo’lganda samarali bo’ladi.

S
hunday qilib, to’liq yenergiya yo’qolishi dE/dZ uchta tashkil qiluvchilar – yadroli, yelektronli va almashuvlilar yig’indisidan iborat. Yemperik qoida bo’lib, yadro to’qnashishlar hisobiga kristall panjaraga yenergiya uzatilishlar A keV kichik yenergiyalarda yuz beradi, A – birlamchi ionlarning atom og’irligi. 2.3.2 – rasmda yenergiya yo’qotilishlarni birlamchi ionlar yenegiyasiga bog’liqligi keltirilgan. Nishon yelektronlari bilan noyelastik to’qnashishlar ikkilamchi yelektronlar yemissiyasi, xarakterli rentgen nurlanishlar va yorug’lik kvantlarini chiqarishga olib keladi. Noyelastik to’qnashishlar kristall panjara atomlarini siljishiga, nuqsonlarni hosil bo’lishi va sirtni changlanishiga olib keladi (2.3.3 – rasm).

Ye₀ boshlang’ich yenergiyali ionlarni qattiq jismdan sochilgandagi yenergetik spektri 4 – rasmda keltirilgan.