Спосіб вимірювання тримірних функцій розподілу по швидкостям атомів і іонів, розпилених і розсіяних в будь-якому конкретному електронному стані

Изобретение относится к области эмиссионной электроники, а конкретно - к способам измерения дифференциальных характеристик потока атомных частиц, распыленных и рассеянных при бомбардировке поверхности твердого тела в вакууме пучком ускоренных ионов. Наиболее информативной экспериментально наблюдаемой характеристикой потока атомов или ионов, распыленных или рассеянных в электронном состоянии является их функция пропорциональна числу частиц в состоянии, движущихся внутри со скоростями, модули которых лежат внутри достаточно узкого интервала в) выполняют п.б) при различных г) выполняют пп.а) - в) при различных д) находят функцию распределения по скоростям Большой научный и практический интерес представляет разработка эффективного способа измерения которая является искомым распределением функций записанным в сферических координатах вектора т.е. отвечающих любым возможным основному состоянию метастабильным состояниям возбужденным состояниям обусловлено тем, что и Это экспериментальные исследования распределений необходимы для выяснения механизмов и создания теории различных эмиссионных явлений (распыления, рассеяния, вторичной ионной эмиссии (ВИЭ), ионно-фотонной эмиссии (ИФЭ) и др. [1]), сопровождающих ионную бомбардировку твердого тела и лежащих в основе современных методов диагностики поверхности ионными пучками: вторично-ионной масс-спектрометрии (ВИМС) [2], ионно-рассеивательной спектроскопии (ИРС) [2], ионно-фотонной спектроскопии (ИФС) [3], спектроскопии возбужденных рассеянных частиц (СВРЧ) [4], резонансной лазерно-ионизационной масс-спектроскопии (РЛИМС) [5] и др. Зная функции соответствующие различным можно определить любую дифференциальную (и, разумеется, интегральную) характеристику потока отлетающих от поверхности атомов и ионов, а также такую фундаментальную величину, как зависимость вероятности образования электронного состояния распыленной или рассеянной частицы от ее скорости [3]: Общим недостатком известных способов является то, что они не позволяют исследовать распределения для возбужденных атомов. Но эти частицы вносят основной вклад в ИФЭ и являются главным поставщиком диагностической информации о поверхности в методах ИФС и СВРЧ. Предлагаемый нами способ дает возможность исследовать функции отвечающие любым электронным состояниям, т.е. охватывает случаи для атомов и ионов. и Известные способы получения объединяет следующий подход: а) из всего потока отлетающих от поверхности частиц в состоянии выделяют те, которые движутся внутри достаточно малого телесного угла где и - соответственно полярный и азимутальный углы вылета, отвечающие некоторому выбранному направлению векторов скоростей б) измеряют величину которая (т.е. Получение информации о распределении по скоростям вторичных ионов - современное направление исследований в области ВИМС. С помощью масс спектрометра с энергетическим разрешением измеряют распределение вторичных ионов по скоростям для различных углов вылета. ВИМС неселективен к квантовому состоянию вторичных ионов): где суммирование происходит по основному, метастабильным и возбужденным состояниям соответствующего иона. Скорости вторичных возбужденных ионов измеряют способом совпадений [6], который является аналогом предлагаемого изобретения. В этом случае регистрируются ионы, вылетевшие в данном направлении со скоростью и совпадающие по времени образования с фотонами определенной длины волны, испускаемыми при радиационном девозбуждении ионов. Измеряя зависимость числа зарегистрированных частиц от получают распределение возбужденных ионов по скоростям в телесном угле сбора частиц, т.е. Информацию о распределении по скоростям атомов и ионов в основном и метастабильном состояниях получают способом РЛИМС, который является аналогом предлагаемого изобретения, Частицы в исследуемом состоянии сначала подвергают резонансной ионизации в поле лазерного излучения. Полученные таким путем ионы затем анализируют масс-спектрометром с энергетическим разрешением и находят Для измерения распределений по скоростям частиц в основном и метастабильном состояниях применяют также оптический способ спектроскопию доплеровского сдвига индуцированной лазерным излучением флуоресценции (СДСЛФ) [7], который является прототипом предлагаемого изобретения. Способ заключается в следующем. Атомы или ионы в исследуемом состояний, движущиеся в телесном угле со скоростью селективно возбуждают (используя эффект Допплера) излучением одночастотного стабилизированного перестраиваемого лазера. Измеряя зависимость интенсивности спонтанного излучения возбужденных таким образом частиц от частоты возбуждающего их лазерного излучения получают доплеровский контур спектральной линии поглощения для частиц в исследуемом состоянии. Представляя этот контур в шкале скоростей находят СДСЛФ не позволяет получать информацию о распределении по скоростям частиц, эмиттируемых в возбужденном состоянии, так как из-за малых времен жизни (