27. Асоціативна іонізація

Ефект асоціативної іонізації полягає в тому, що енергія, яка виділяється при об’єднанні атомів (принаймні один з яких перебуває в збудженому стані) в молекулу, частково витрачається на іонізацію, решта виділяється у вигляді кінетичної енергії електрона:

.

Такі реакції можуть відігравати помітну роль при дуже малих концентраціях електронів, коли іонізація електронним ударом стає малоймовірною.

Пропускаючи моноенергетичний пучок електронів через холодні інертні гази (зокрема, аргон), можна помітити, що іони утворюються при енергіях, достатніх лише для збудження (11.6 еВ), а не для іонізації (15.7 еВ) атомів. Цей результат інтерпретується таким чином:

, .

Якщо кінетична енергія не істотна, то реакція може йти лише тоді, коли енергія зв’язку молекулярного іона перевищує енергію зв’язку електрона у збудженому атомі. Саме за рахунок додаткової енергії, що виділяється при об’єднані атомів, електрон зі збудженого рівня відривається. „Зайва” енергія при цьому переходить у кінетичну.

В парах ртуті асоціативна іонізація відбувається при зіткненні двох збуджених атомів:

.

(енергія збудження складає відповідно 4.90 еВ та 4.70 еВ, енергія зв’язку в молекулі – 0.15 еВ, сумарна енергія 9.75 еВ перевищує енергію іонізації молекули 9.70 еВ).

Найбільш ефективно реакція асоціативної іонізації проходить у парах цезію.

Особливість асоціативної іонізації порівняно з іншими механізмами полягає в тому, що в результаті її утворюється не просто іонізований атом, а молекулярний іон.

28. Плазмове травлення

Травлення — процес видалення осадження з місць, де немає фоторезисту. Раніше використовували сильні кислоти, але рідина виїдає приблизно так, як на малюнку.

А так ми заповнюємо об’ємнад поверхнею, що травиться, якимось газом, наприклад, киснем або Аргоном чи іншим інертним газом. Залежно від того, чим заповнили, можливі реакції, що відбуваються в розряді:

1. О₂ -> O + O. Атоми О дуже активні, вони взаємодіють з осадженням.

2. Ar ->Ar⁺ + e^-. Іони аргону прискорюють в напрямку до поверхні, вони мають енергіїї E~1КeВ з ефекту самозміщення і відбувається перпендикулярне травлення.

Плазмове травлення надійніше, бо відбувається без води.

Розрізняють такі види плазмового травлення:

1. Іонно-променеве.Відбувається за допомогою іонів інертних газів (їхньої кінетичної енергії).

2. Реактивне іонно-променеве. Травлення в О₂ може мати і підтравлення (кінетична енергія + хімічна активність), але невелике.

3. Суто плазмове травлення. За рахунок плазми збільшується хімічна активність (окислювальна здатність середовища), наприклад, галогенідів.

29. Перезарядка

Перезарядка – це взаємодія атома та іона, в результаті якого вони обмінюються електронами:

Найбільш чітко це явище виражено в атомарних газах, в яких є атомарні іони, а також в молекулярних газах, що містять молекулярні іони.

В процесі перезарядки кінетична енергія частинок може зберігатися, зростати або зменшуватись. В залежності від цього процес перезарядки може носити характер пружного удару, непружного удару 1-го роду (W_iA<W_iB) або непружного удару 2-го роду (W_iA>W_iB).

З точки зору квантової механіки(у най простішому випадку) цей процес можна уявити, як наслідок тунелювання електрону крізь потенціальний бір’єр при зближенні іону та атому на певну критичну відстань. Звичайно існує і більш детальний розгляд цього явища, що дозволяє оцінити при яких параметрах(точніше швидкість іона) переріз взаємодії досягає максимуму. Але ми обмежимось якісним розглядом.

Якщо казати про ефективний переріз перезарядки, то він досягає максимуму тоді, коли W_iA=W_iB (так звана резонансна перезарядка), і швидко спадає зі зростанням величини W=|W_iA-W_iB|. Тому найбільш ефективно процес перезарядки йде, коли атоми та іони – одного сорту.

Варто також відмітити, що коли іони рухаються у електричному полі, перезарядка проявляється у зменшенні ефективної швидкості дрейфу іонів і, як наслідок, їх рухливість зменшується.

Розглянемо деякі застосування цього явища:

Якщо через одноатомний газ пролітає пучок іонів того самого сорту, в результаті резонансної перезарядки іони відбиратимуть електрони у атомів, і замість пучка іонів утвориться пучок нейтральних атомів. Іони, що не зазнали перезарядки, можна відхилити за допомогою електричного або магнітного поля. Таким чином, явище перезарядки можна використовувати для створення пучків нейтральних атомів високих енергій. Такі пучки застосовуються, наприклад, для нагріву плазми в магнітних пастках, призначених для керованого термоядерного синтезу.