Молекулярно-динамічне моделювання масоперенесення у твердому тілі під дією іонів низьких енергій

3. Показана коректність двоетапного розрахунку низькоенергетичного ІП для кристалів з низькою концентрацією домішки заміщення. Розроблено алгоритм побудови модельної функції атомних переміщень домішкових атомів. Врахування різниці каскадних переміщень атомів матричного кристала Ni і домішкового маркера Al призводить до зростання поширення пошарово-го профілю концентрації маркера при енергії іонів ~100 еВ, яке, однак, мінімізується переважним розпиленням Al.

4. Виявлена загасаюча з глибиною періодичність пошарових значень коефіцієнта ІП атомів Ni в кристалі Ni і домішкових атомів Al в кристалі Ni, а також періодичність кількості переміщень каскадних атомів з глибиною в кристалі Al при температурах до 300 К. При температурах ~0. 4 – 0. 5•Tm періодичність коефіцієнта ІП атомів Ni в кристалі Ni не спостерігається, а періодичність переміщень атомів у кристалі Al спостерігається тільки в декількох прошарках. В однокомпонентних кристалах зростання температури супроводжується збільшенням кількості каскадних атомів, СКЗ каскадних атомів, а також кількості стрибків атомів до поверхні. СКЗ каскадних атомів зростає переважно в напрямках, паралельних поверхні, що бомбардується.

5. Розвинуто метод розрахунку РПД для низьких енергій іонів з моделюванням координатно-залежної функції генерації точкових дефектів. Показано, що сток дефектів на поверхні впливає на поширення пошарового профілю концентрації псевдомаркера. З позицій моделювання каскадів зіткнень розглянуто внески вакансійного і міжвузлового механізмів, а також ІП, в масоперенесення поблизу поверхні в кристалах Cu і Ni при температурах ~0. 4•Tm.

6. При бомбардуванні іонами з енергіями ~100 еВ, приповерхнева область кристала (1-4 атомні прошарки) збагачується вакансіями завдяки генерації ад-атомів і ПЗЗ, тоді як міжвузлові атоми знаходяться на глибині, яка дорівнює середній довжині ПЗЗ (5-й-12-й атомні прошарки). Розмір області перемішування значно перевищує глибину розподілу пружних втрат іонів, що виправдовує застосування методу молекулярної динаміки для розрахунків параметрів моделей ІП.

7. Показано, що генерації поверхневих дефектів (ад-атомів і поверхневих вакансій) є більшими, а об’ємних дефектів (міжвузлових атомів і об’ємних вакансій) – меншими в однокомпонентних кристалах при температурах ~0. 4•Tm порівняно з генераціями відповідних дефектів при нульовій температурі. У кристалі Al/Ni не спостерігався значний вплив температури на утворення дефектів у каскадах зіткнень до 300 К.

8. Кристали Al/Ni і Ni/Al, в яких поверхневий атомний прошарок складався з атомів Al або Ni, показують більшу кількість переміщень атомів через межу розподілу компонентів при іонному бомбардуванні, ніж однокомпонентні кристали Al і Ni між відповідними прошарками, що пов’язано зі зменшенням потенціальної енергії цих двошарових систем при обміну атомами різних компонентів при 0 К. Генерації поверхневих вакансій і ад-атомів у кристалах Al/Ni і Ni/Al є більшими ніж в кристалах Al і Ni. У Ni/Al більша частина ад-атомів – атоми Al з другого прошарку. Кількість стабільних міжвузлових атомів у підкладинці кристала Al/Ni є значно меншою порівняно з кількістю стабільних міжвузлових атомів у кристалі Ni завдяки зниженню ймовірності утворення ПЗЗ.

9. На термічній стадії каскадів СКЗ каскадних атомів в кристалах Cu, Ni, Al дорівнює 1. 1 – 1. 4 від СКЗ на стадії зіткнень. У кристалах Al/Ni і Ni/Al СКЗ на термічній стадії каскадів збільшується в 1. 4 – 3 рази завдяки локальній реструктуризації поверхневого прошарку, що викликана різницею сталих гратки компонентів і переміщеннями атомів по поверхні кристалів.

10. При енергіях ~50 еВ, час перебування іона Xe в кристалах Cu, Ni, Al в 2 – 4 рази перевищує час знаходження там іона Ar, що призводить, у випадку Xe, до часового розмежування механізмів генерації ад-атомів. Спостерігаються відмінності між кінетиками інших типів дефектів. У кристалі Al/Ni не спостерігається якісних відмін між кінетиками дефектів у випадках іонів Ar і Xe, для яких поверхневі дефекти, практично, не рекомбінують на стадії релаксації каскаду, тоді як відповідні типи об’ємних дефектів ефективно рекомбінують між собою.

 

 

Войтусик С. С., Корнич Г. В., Запорожченко В. И., Теплов С. В. Изменение состава приповерхностного слоя при скачкообразном изменении энергии бомбардирующих ионов // Поверхность. – 1993. – N1. – С. 26 – 33.

Корнич Г. В., Пинчук В. П. О моделировании процесса ионного послойного анализа // Поверхность. – 1993. – N12. – С. 51 – 60.

Kornich G. V., Pintchuk V. P. Calculation of the relocation function’s moments during low energy ion beam mixing // Vacuum. – 1994. – Vol. 45, N4. – P. 487-488.

Корнич Г. В. Об использовании МД моделирования для вычисления коэффициента перемешивания и средней скорости атомов отдачи в условиях ионной бомбардировки // Поверхность. – 1995. – N2. – С. 107 – 109.

Kornich G. V., Betz G., King B. V. Molecular dynamics simulation of low energy ion beam mixing // Nucl. Instr. and Meth. B. – 1996. – Vol. 115, N1-4. – P. 461- 467.

Kornich G. V., Betz G. Two step simulation of low energy ion beam mixing at different temperatures // Nucl. Instr. and Meth. B. – 1996. – Vol. 117, N1-2. – P. 81 – 89.