REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Razpršitveni koeficient, njegova prostorska porazdelitev, energijske porazdelitve in povprečne energije razpršenih delcev so pomembne za vse tehnike naprševanja, saj določajo mikrostrukturo in fizikalne lastnosti napršenih tankih plasti. Z uporabo simulacij SRIM (Stopping and Range of Ions in Matter) sem preučila vpliv različnih parametrov (površinske vezavne energije, energije vpadnih ionov, mase atomov tarče) na raznolik nabor materialov tarč, ki so pomembni za naprševanje: B, C; Al, Si; Ti, V, Cr, Cu; Zr, Nb, Mo, Ag; Hf, Ta, W, Au. Energije vpadnih Ar ionov smo spreminjali med 300 in 1200 eV, tako za pravokotni kot tudi za poševni vpad ionov.
Razpršitveni koeficient je pokazal odvisnost glede na lego v periodnem sistemu. Elementi v skupini 4 so imeli najnižje razpršitvene koeficiente, ki so s skupino periodnega sistema naraščali. Kotna porazdelitev razpršenih atomov je za prehodne kovine pokazala kosinusno porazdelitev. Pri poševnem vpadu ionov smo pri nižjih energijah ionov opazili asimetrične porazdelitve, pri višjih energijah pa so le-te postale bolj simetrične.
Izvedli smo tudi celovito preiskavo vpliva površinske vezavne energije, atomske mase in energije ionov na razpršitveni koeficient. Vplive teh parametrov smo analizirali glede na Sigmundov analitični model. Zaradi razlik med analitičnim modelom in simulacijami SRIM smo predlagali novo, modificirano enačbo. Naša modifikacija enačbe za razpršitveni koeficient vključuje eksponent, ki upošteva nelinearno odvisnost razpršitvenega koeficienta od energije vpadnih ionov. Tako modificirana enačba zagotavlja zanesljive ocene razpršitvenih koeficientov prehodnih kovin, razpršenih z ioni Ar z energijo do 1200 eV.
Energijske porazdelitve razpršenih atomov smo preučili za enak nabor elementov kot razpršitvene koeficiente v prvem delu. Simulacije SRIM energijskih porazdelitev za prehodne kovine in lahke elemente smo primerjali z analitičnimi enačbami energijskih porazdelitev, ki sta jih razvila Sigmund in Thompson, ter z eksperimentalnimi podatki iz literature. Simulirane energijske porazdelitve so dajale realistične rezultate, vendar za elemente, lažje od Si, niso bile pravilne. Vse energijske porazdelitve imajo nizkoenergijski vrh blizu polovice površinske vezavne energije in visokoenergijski rep, ki se zmanjšuje približno kot E−2. V karakteristikah energijskih porazdelitev, kot sta položaj vrha in polovica širine vrha (FWHM), smo opazili trende glede na atomsko število, energijo ionov in skupino periodnega sistema, v kateri se nahaja element.
Za prehodne kovine smo predlagali empirično enačbo za oceno povprečne energije na podlagi razpršitvenega koeficienta ‒ povprečne energije razpršenih atomov so obratno sorazmerne z razpršitvenim koeficientom, pri čemer prehodne kovine kažejo najvišje povprečne energije, elementi v skupini 11 pa najnižje.
Čeprav je bil cilj doktorske disertacije predvsem primerjava analitičnega modela in simulacij Monte Carlo pri procesih naprševanja, smo naredili tudi meritve razpršitvenega koeficienta za Ti, V, Cr in Cu ter jih primerjali s simuliranimi vrednostmi. Odstopanja med simulacijami SRIM in eksperimentalnimi razpršitvenimi koeficienti so bila najbolj izrazita pri nižji energiji Ar ionov. Medtem ko so se meritve za Cu in Cr ujemale s simulacijami nad 100 eV, so bila odstopanja za V in Ti izrazitejša. Izmerili smo tudi diferencialne razpršitvene koeficiente. Razpršitveni koeficient je za vse izmerjene elemente največji pri 40°–50° in se zmanjšuje z emisijskim kotom.