CC BY
11ВЛИЯНИЕ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНОВ БАРИЯ И НА ЭМИССИОННЫЕ
СВОЙСТВА ПОЛИКРИСТАЛЛОВ Мо
Б. Е. Умирзаков З. Собиров А .С. Халматов
Ташкентском государственном техническом университет имени Ислама Каримова
АННОТАЦИЯ
Исследовано влияние ионного легирования на вторично- эмиссионные характеристики Mo. Установлено, что в результате низкоэнергетической и высокодозной имплантации ионов Ва+ максимальное значение кэффицента вторичной электронной эмиссии am молибдена увеличивается в два раза. Вторично-эмиссонная эфективность этого образца сохраняется вплоть до T=1100 K. Как в процессе ионной имплантации, так и последующего отжига не наблюдается образование интерметаллического соединение типа Мо+Ва.
Ключевые слова: работа выхода, коэффициент ВЭЭ, оже-спектр, ионное легирование, поликристаллический Мо.
EFFECT OF IMPLANTATION OF BARIUM IONS AND ON THE EMISSION
PROPERTIES OF Mo POLYCRYSTALS
ABSTRACT
The effect of ion doping on the secondary emission characteristics of Mo is investigated. It was found that as a result of low-energy and high-dose implantation of Ba + ions, the maximum value of the secondary electron emission coefficient am of molybdenum doubles. The secondary-emission efficiency of this sample is retained up to T = 1100 K. Neither the formation of an intermetallic compound of the Mo + Ba type is observed in the course of ion implantation and subsequent annealing.
Keywords: work function, SEE coefficient, Auger spectrum, ion doping, polycrystalline Mo.
Во многих электровакуумных приборах в качестве холодных вторично -эмиссионных катодов до настоящего времени широко используются двухком-понентные металлические сплавы палладия или платины с бария. Эти образцы после термической активировки в высоком вакууме обладают довольно высоким (~2,6) коэффициентом вторичной электронной эмиссии а и низкой ( ~ 2,3 эВ) работой выхода ец. Однако существующая технология изготовления металлосплавных катодов, а также особенности конструкции холодных катодов не всегда позволяют прогревать сплав до необходимых температур в условиях высокого вакуума [1,2]. Для проведения активировки при невысоких
температурах и улучшения эмиссионных параметров металлосплавных эмиттеров используются различные способы [2—4]. Например, значение Gmax палладия бария при бомбардировке ионами азота в условиях несамостоятельного газового разряда увеличивалось до 8 [2]. Однако достигнутая высокая вторично- эмиссионная эффективность не была стабильной: выдержка этих образцов в высоком вакууме приводила к снижению 0щах до 3,8. Одной из причин улучшения эмиссионных свойств сплава Pt— Ва после обработки в газовом разряде, по мнению авторов, является очистка поверхности от примесей и загрязнений (например, серы, углерода» и т. д.).
Для получения катодов с высоким значением а при низких температурах можно использовать легирование материалов ионами щелочных и щелочноземельных элементов [5, 6]. Эффект увеличения g будет значительно больше, если легирование производить в атмосфере кислорода. При этом на поверхности исследуемой мишени образуется тонкий слой окиси легирующего элемента, что способствует значительному уменьшению вф (до 1,8 эВ) и увеличению g (до 3 й более раз).
Цель данной работы — исследование втарично эмиссионных характеристик поликристаличиского Mo, и сплава Pd—Ba легированного ионами бария и кислорода, в широкой области энергий первичных электронов (Ep= 2-1500 эВ).
2.МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперимент проводили в трехкамерной высоковакуумной установке с
давлением остаточного газа р<1 1О-6 Па. Измерения вторично-эмиссионных
характеристик выполнены в четырехсеточном квазисферическом анализаторе,
расположенном в первой камере установки. Во второй камере проводились
термическая обработка и легирование мишеней ионами Ва+. Энергия Ео ионов
Ва+ варьировалась в диапазоне 0,5-5 кэВ, а доза D — в диапазоне примерно 101417 2
10 ион • см - . Легирование образцов ионами кислорода осуществлялось в третьей камере. Энергетические зависимости коэффициентов ВЭЭ, спектры характеристических потерь энергии (ХПЭ) электронами и электронные оже-спектры (ЭОС) записывались на самописце с погрешностью не более 1%. Работу выхода определяли по методу задержки первичного пучка электронов на мишень. Исследуемые образцы поликристаллов Мо очищались длительным прогревом до температуры 2200 K в течение15-20 часов
3 .ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Основные вторично-эмиссионные характеристики образцов Мо, легированных ионами щелочных и щелочноземельных элементов, приведены в работах [6, 7]. Показано, что после легирования g увеличивается во всей исследованной области Ер, еф уменьшается, а значение первой критической энергии Е1р смещается в сторону меньших энергий. При этом увеличение g
оказалось значительно большим (почти в 1,5 раза), чем при напылении монослоя бария. Подобные результаты получены и при легировании Pt ионами указанных элементов. Однако в последнем случае было отмечено большее изменение параметров ВЭЭ, чем при легировании Мо. В табл. 1 приведены вторично-эмиссионные характеристики чистого Мо, Мо покрытно атомам Ва и молибдена , легированного ионами Ва+ с E0 = 0,5 кэВ при дозе D> 6^1016 ион/см-2
Таблица 1
Вторично-эмиссионные характеристики чистой, покрытой монослоем
Ва и легированной ионами Ва+ молибдена
Парам ет Mo Ва0+Мо Ba+^-Mo
Gmax 1,4 2,3 2,8
E ^pmi 350 350 400
эВ 4,5 2.5 2,6
eç>. эВ
Видно, что после ионной имплантации амах молибдена увеличивается почти в 2 раза. В случае Pt значение ам увеличивются в 3,5 раза [8,9]. Причину различия, по видимому, можно объяснить характером связи внедренной смеси с атомами подложки. В работах [8, 9] показано, что при адсорбции Ва на Pt образуются интерметаллические соединения типа Ptm Ва. Наличие такой связи нами обнаружено и при имплантации ионов Ва+ в Pt. Расчет концентрационных соотношений атомов примеси и подложки, а также результаты ЭОС показывают, что при высоких (не менее 6 • 1016 ион/см-2) дозах в поверхностных слоях преимущественно образуются интерметаллиды Pt2 Ba и Pt Ba. Что касается Мо, то как при напылении бария, так и при бомбардировке ионами Ва+ химическое соединение Мо с барием при комнатной температуре не образуется [10]. Известно [6], что увеличение а при легировании материалов ионами активных металлов обусловлено уменьшением работы выхода поверхности и изменением физико-химического состояния эмитирующей области. Из сказанного следует, что образование интерметаллического соединения платины с барием способствует более значительному увеличению вторично-эмиссионной эффективности при поверхностных слоев мишени.
На рис. 1 приведены энергетические зависимости коэффициента упругого отражения электронов Я для чистого и легированного ионами бария молибдена
Рис. 1. Зависимость R(Ep) для чистого поликристал лического Мо (1);
Мо, легированного ионами
Ва+ с Ео=О,5 кэВ и N=6 • 101в ион см-2 (2) и Мо, покрытого толстой пленкой бария (3) образцов Мо. Для сравнения там же приведены зависимости R(Ep) для образцов Мо , покрытых толстой (©>20 монослоев) пленкой бария Оценка толщины пленки проводилась по следующей методике. Предварительно снималась зависимость изменения работы выхода исследуемого образца от времени напылении атомов Ва на поверхность (при этом выполнялось условие : D= const). В момент времени, когда величина работы выхода проходила через минимум, принималось, что на поверхности находится 1 монослой. Зная эту величину времени, можно проводить оценочный расчет толщины пленки. Энергия первичных электронов Ер отсчитана относительно уровня Ферми мишени. Видно, что тонкая структура спектра молибдена, легированного ионами бария, состоит из суперпозиции особенностей зависимости R(EP) для чистого Мо (сплошные линии) и бария (пунктир). Таким образом, изучая тонкую структуру R(Ep) в области малых Ер, можно не только получать информацию об электронной структуре поверхности, но и судить о химических связях атомов, находящихся в приповерхностных слоях исследуемого образца.
1. Показано что при напыление Ва на поверхность Мо толщиной 1 монослой значение еф уменшается до 2,5 eB, a значение ам увеличивается до 2,3 при имплантации ионов Ва+ с Е0 =0,5 кеВ при такой же значение еф значение ам уменшается до 2,8.
2. На енергетической зависимости R(Ep) ионно-имплантированного Мо обнаруживаются пики характерные как для Ва так и Мо. Это связан стем, что при имплантации ионов Ва+ в Мо интерметалические соединения между атомами подложки и легирующего элемента не образуется.
REFERENCES
1. Груздев В.Ф., Котюрин Е. А., Воронченков А. А., Послойный масс-спектрометрический анализ образцов из ленты сплава Pd-Ba // Элетронная техника. Сер. 1, Электроника СВЧ.— 1970. 10.—C. 84.
2. Cbrrarn А. Я., Переварюха С. Н. Изменеие емиссионных свойств катода на основе сплава палладия с барием под влиянием ионной бомбардировки в условиях газового разряда // Электронная техника. Cep. 1, Электроника СВЧ.— 1977.— Вып. 12. - C. 98.
3. Рахадилов Б.К., Миниязов А.Ж., Скаков М.К.. Сагдолдина Ж.Б., Туленбергенов Т.Р., Сапатаев Е.Е. // Исследование модификации структуры и эрозии поверчности вольфрама и молибдена при плазменном облучении/ Журнал техничуской физики,2020, том 90, вып.3. Стр. 400-409.
4. Оспенникова О.Г., Подъячев В.Н., Столянков Ю.Вю // Тугоплавкие сплавы для новой техники/ труди ВИАМ, №10(46)2016. Стр.55-64 Doi: 10.18577/2307-60462016-0-10-5-5
5. Вторичная электронная эмиссия и ионно-электронная эмиссия ионнам-легированнаых образцов Мо, Pt, Pd—Ba / M. T. Нормуродов, Г. И. Cергеев, Х. Д. Джуракулов, Б. Е. Умирзаков // Электронная техника. Cep. 1 Электроника СВЧ. —1985.—вып. 1. —C.49.
6. Основные эмиссионные свойства неравноесных поверхностых слоев, изданных ионной имплантацией/ M. T. Нормуродов, Б. Е. Умирзаков, Д. Б. Буназаров и др. // Изв. АН СССР. Cep. Физ. —1985.—T.49, № 9. —C. 1770.
7. Карасик Б. С. Особенности вторично-электронных спектров и эмиссионная эффуктивностъ сплава Pt—Ba // Взаимодействия электронов и фотонов с тввердым телом: Межвузовский сб. науч. Тр. —Л.: Изд-во ЛГПИ им. A. И. Герцена, 1984. —C. 54.
8. Кашин Д.С., Стехов П.А. защитные покрытия для жаропрочных сплавов на основе ниобия // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. Журн.2015 №6. Ст. 01. URL://www.viam-works.ru (дата обращения: 16.09.2015).
9. M. T. Нормуродов, Б. Е. Умирзаков, Оже-спектры Si и Мо, легированых ионной бомбардировкой. —M., 1980. —Деп. В ЦНИИ «Электроника», 1980, РБ-3077.
10. Эргашов Ё.С., Ташмухамедова Д.А., Умирзаков Б.Е. "Влияание имплантации ионов Ва+ и Nb+ на морфологию, состав и эмиссионные свойства Мо (111)" Радиотехника и электроника,2017, Том 62, №6,с.592-595.
