тмиэт / Экзамен Тмеет / тмиэт / Лекции ТМиЭЭТ_ тема_2

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»,

кафедра физической электроники и технологии

Профессор Шаповалов Виктор Иванович Доцент Никитин Андрей Александрович

ТЕХНОЛОГИЯ МАТЕРИАЛОВ И ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

Тема 2

Литература

1)Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И., Физические основы электронной и ионной технологии: Учеб. пособие для спец. электронной техники вузов. – М.: Высш.шк., 1984. – 320 с.

2)Альфорд Т.Л., Фельдман Л.К., Майер Д. В. Фундаментальные основы анализа нанопленок / Пер. с англ. Образцов А.Н., Долганов М.А., науч. ред. Образцов А.Н. - М.: Научный мир, 2012. - 392 с.

3)Корпускулярно-фотонная технология : учеб. пособие для вузов по спец. «Промышленная электроника» / О. Г. Вендик, Ю. Н. Горин, В. Ф. Попов. - М. : Высш. шк., 1984. - 240 с.

4)Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии. – М.: Высш.шк., 1988. – 255 с.

5)Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки / под. ред. А.Г. Григорьянца. М.: из-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006.- 664 с.

6)Светцов В.И., Смирнов С.А. Корпускулярно-фотонные процессы и технологии: учеб. пособие / Иван. гос. хим.-технол. ун-т Иваново. 2009. – 277 с.

7)Либенсон М.Н., Яковлев Е.Б., Шандыбина Г.Д. Взаимодействие лазерного излучения с веществом (силовая оптика). Конспект лекций. Часть I. Поглощение лазерного излучения в веществе. Под общей редакцией В.П. Вейко – СПб: СПб ГУ ИТМО, 2008. – 141 с.

8)Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Курс теоретической физики: Учеб. пособ.: Для вузов. В 10 т. Т. III. Квантовая механика (нерелятивистская теория). - 6-е изд., испр. - М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2004. - 800 с.

9)А.П. Менушенков, В.Н. Неволин, В.Н. Петровский Физические основы лазерной технологии. М.: НИЯУ МИФИ, 2010, 212 стр.

Данные для расчета коэффициента распыления

1)Sputtering by Particle Bombardment /Eds Rainer B.,Wolfgang E. – Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007. 557 c.

1

Тема 2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ С ТВЕРДЫМ ТЕЛОМ

Содержание

2.1.Взаимодействие ускоренных электронов с твердым телом

2.1.1.Торможение электрона

2.1.2.Пробег

2.1.3.Применение электронного пучка

2.2.Взаимодействие ионов с твердым телом

2.2.1.Потери энергии

2.2.2.Пробег иона

2.2.3.Дефекты

2.2.4.Физическое распыление мишени

2.2.5.Применение ионного пучка

2.3.Взаимодействие фотонов с твердым телом

2.3.1.Механизмы поглощения фотонов

2.3.2.Нагрев объемного материала

2.3.3.Нагрев пленки

1)мягкий режим: q < 109 Вт/м2 - скорость тепловыделения < скорости отвода тепла из зоны нагрева за счет теплопроводности материала мишени.

2)жесткий режим: q > 109 Вт/м2 - скорость тепловыделения ≥ скорости теплоотвода.

Большая часть энергии расходуется на разогрев зоны тепловыделения и выброс расплава из нее.

2

2.1. Взаимодействие ускоренных электронов с твердым телом

ρ – прицельный параметр (расстояние) – это расстояние, на котором М1 прошла бы мимо M2, если бы взаимодействие между ними отсутствовало. Центральное (лобовое) соударение ρ = 0.

Наиболее эффективен обмен энергией при упругих соударениях между частицами со сравнимой массой.

При центральном столкновении частиц с существенно различной массой доля передаваемой энергии невелика.

4

Пусть частицы в пучке имеют одинаковую начальную скорость (энергию), но различное прицельное расстояние => они рассеиваются под различными углами ϴ в СК центра масс.

Пусть dN – число частиц, рассеивающихся на углы в диапазоне от ϴ до ϴ+dϴ. Тогда характеристика dN связана с плотностью падающего пучка N выражением dN=Ndσ.

Дифференциальное сечение рассеяния dσ=dN/N описывает вероятность рассеивания в определённом направлении.

5

2.1.1. Торможение электрона

2.1.1. Торможение электрона

Уравнение Бете

Уравнение Бете впервые получено для неупругого рассеяния заряженных частиц на атомах водорода.

E – энергия, кэВ; e = 1.602∙10–19 Кл; I – средняя энергия возбуждения атома мишени, кэВ; ne – концентрация электронов, см–3 ; b = 1.166 обеспечивает применимость для Z>1.

ε = bE

I

ξ = 2πneb2e4 l = Kl

(4πε0 I )2

dε = − ln ε dξ ε

6

2.1.2. Пробег

Размерный траекторный пробег:

Rl = rξ

K

7

С точки зрения решения практических задач более важно знать усредненные значения энергетических потерь по всем частицам падающего на поверхность пучка электронов в направлении нормали к поверхности.

Уравнение Виддингтона-Томсона:

b1 » (0.476 -1.24 ×10−3 Z ) ×106

I Способ:

III Способ:

Физически ясно, что существует прямая пропорциональность между траекторным и проекционными пробегами. Коэффициент пропорциональности должен определятся процессами рас-сеяния электронов в веществе. Одним из подходов является использование коэффициента неупругого отражения (рассеяния) электронов η, значения которого известны для большого числа веществ в широком диапазоне энергий. Анализ экспериментального материала показывает, что в для проекционного пробега независимо от материала мише-ни и энергии электронов справедлива приближенная фор-мула:

8

Рост энергетических потерь физически связан с тем, что при уменьшении скорости электрона возрастает время взаимодействия с орбитальными электронами атома.

9

Энергия, выделяемая электронами пучка в единице объема вещества

j( x) = en( x)V ( x)

Скорость электронов уменьшается в результате торможения, концентрация изменяется за счет электронов, диффузно распространяющихся от xd к поверхности.

δ0 = 0.2 − 0.4

Rp

Электронно-лучевой нагрев

Пусть на мишень направлен осесимметричный электронный луч с гауссовым распределением плотности

I(r) тока

at - характеризует размер разогретой области. Введем характерное время:

τ = R2p 4a

10