Контрольные вопросы

1. Каким образом можно получить пучок ионов из газоразрядной плазмы?

2. Назовите методы фокусировки, использующиеся при транспортировке ионных пучков.

3. Какие виды ионов используются для технологических целей?

4. Сущность явления перезарядки.

5. Почему в установке для ионной обработки необходимо поддерживать вакуум? Какой величины должно быть давление в вакуумной системе?

6. Физическая сущность потенциальной электронной эмиссии.

7. Какие физические явления протекают на поверхности твердого тела при его бомбардировке ионами?

8. Назовите причины появления тормозного и переходного излучений.

9. Сущность кинетической электронно-ионной эмиссии.

10. Что такое оже-процесс?

11. Какие причины вызывают радиационную проводимость?

12. При каких условиях появляется характеристическое рентгеновское излучение?

13. Назовите причины ионно-стимулированной диффузии, образования радиационных дефектов и радиационно-стимулированного отжига.

14. Для каких целей используется анализ обратного рассеяния медленных и быстрых ионов?

15. Сущность вторичной ионной масс-спектроскопии.

16. Укажите цели, для которых применяется распыление вещества.

17. Что такое коэффициент распыления атомов мишени? От каких физических параметров он зависит?

18. Для каких целей используется легирование поверхностного слоя?

19. Приведите примеры использования явления изменения химических свойств материалов.

20. Сущность ионной имплантации.

21. Укажите причины изменения электропроводности материалов при облучении ионами.

22. При каких энергиях ионов происходит получение тонких пленок?

4. Основы лазерной обработки

4.1. Источники лазерного излучения

Использование лазеров позволили создать новые технологии с уникальными возможностями. В основе этих технологий лежат необыкновенные свойства лазерного излучения, которое является когерентным (все частицы излучают согласованно, синфазно), в высокой степени монохроматичным (одной частоты), мощность излучения может достигать рекордных величин. Во время кратковременного импульса лазерного излучения ( с) в узком интервале спектра мощность может достигать значений . Для сравнения, мощность излучения Солнца по всему спектру равна . Электрическое поле в электромагнитной волне, излучаемой лазером, достигает напряженности , что превышает напряженность поля внутри атома. Лазерный луч при распространении почти не расширяется (угол расхождения пучка около рад). Оптическими приборами лазерный луч можно сфокусировать в точку, диаметр которой составляет тысячные доли миллиметра.

Первый твердотельный рубиновый лазер, работающий в видимой области спектра (длина волны излучения 0,6943 мкм) был создан в 1960 г Т. Мейманом (США). Рубин представляет собой кристалл оксида алюминия , в котором некоторые из атомов алюминия замещены трехвалентными ионами хрома. При облучении кристалла рубина светом мощной импульсной лампы атомы хрома переходят с нижнего энергетического уровня на уровни широкой полосы и . Поскольку время жизни атома хрома в возбужденном состоянии мало

Рис. 4.1. Энергетические уровни рубина

(меньше с), то происходят либо самопроизвольные переходы (они незначительны), либо наиболее вероятные переходы на метастабильный (долгоживущий) уровень с передачей выделившейся энергии кристаллической решетке рубина. При достаточной мощности накачки концентрация атомов на уровне будет гораздо больше, чем на уровне , таким образом возникает среда с большей населенностью уровня . В такой среде случайный фотон, появившийся при спонтанном переходе, может инициировать множество вынужденных переходов - с излучением лавины вторичных фотонов, являющихся копией первичных. Это приводит к зарождению лазерной генерации.

Почти одновременно с твердотельным в 1960 году появился газовый лазер. Активной средой в нем была смесь гелия и неона. В настоящее время известно много веществ, пригодных для использования в лазерах. Кроме твердотельных и газовых, нашли широкое применение полупроводниковые и жидкостные лазеры. Для возбуждения газовых лазеров оптическая накачка почти не применяется, в этом случае более эффективной является накачка с помощью электрического разряда, газодинамическое истечение (газодинамический лазер), химические реакции (химический лазер). Для возбуждения полупроводниковых лазеров применяется непосредственно постоянный электрический ток, пучок электронов, оптическая накачка. В различных областях науки и техники, медицины получили распространение лазеры на красителях, эксимерные лазеры (газовые лазеры, работающие на переходах между электронными уровнями молекул, существующих только в электронно-возбужденных состояниях). Существующие лазеры в сумме позволяют получать излучение, перекрывающее широкий диапазон длин волн от ультрафиолетового до инфракрасного.