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- Chemische Zerstäubung (1) (remove)
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Synergismen bei der Erosion von amorphen Kohlenwasserstoffschichten mit niederenergetischen und thermischen Teilchenstrahlen, eine In-Situ-Ellipsometriestudie
(2007)
- Die Erosion von amorphen Kohlenwasserstoff-Schichten (a-C:H-Schichten) durch kombinierten Beschuss von quantifizierten Teilchenstrahlen von Ionen und chemisch reaktiven Spezies wurde mittels Ellipsometrie untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit wurden folgende Kombinationen untersucht: (1) Edelgasionen + H°, (2) N2-Ionen und N2-Ionen + H° und (3) Ar-Ionen + O2. Die Ionenenergie wurde zwischen 20 und 900 eV und die Probentemperatur zwischen 110 und 950 K variiert. In allen Fällen wurden synergetische Effekte beobachtet: Die Erosionsrate bei der gleichzeitigen Wechselwirkung ist deutlich höher als die Summe der einzelnen Erosionsraten durch energetische Ionen (physikalische Zerstäubung) und thermische chemisch reaktive Teilchen (chemische Erosion). Zwei unterschiedliche Synergismen wurden beobachtet und ein Modell der Erosion von a-C:H-Schichten wurde entwickelt: (I) Bei tieferen Temperaturen spielt die chemische Erosion durch thermische H°, N° oder O2 eine unbedeutende Rolle, so dass als einzig möglicher Erosionsmechanismus ein ioneninduzierter Prozess in Frage kommt: Die Ionen brechen zuerst C-C-Bindungen in der Schicht auf danach reagieren die chemisch reaktiven Spezies mit diesen gebrochenen Bindungen innerhalb ihrer Reichweite chemisch und bilden flüchtige Produkte C:X (X=H, N, O). Dieser Synergismus ist temperaturunabhängig und bekannt als chemische Zerstäubung. Im Fall Ar-Ionen + O2 wurde ein Anstieg der Erosionsausbeute mit sinkenden Temperaturen (110-300 K) beobachtet. Das lässt sich durch einen von der O2-Bedeckung abhängigen Erosionsprozess bei tiefen Temperaturen erklären. Die Erosionsausbeute, die proportional zur O2-Bedeckung angenommen wird, steigt mit fallenden Temperaturen. Die Implementierung eines Adsorption-Desorption-Mechanismus für die temperaturabhängige O2-Bedeckkung im Modell ergibt gute Übereinstimmung mit den Daten. Die Messungen der chemischen Zerstäubung durch Ar-Ionen + Wasser zeigte eine ähnliche Temperaturabhängigkeit der Erosionsausbeuten bei tiefen Temperaturen (110-200 K). (II) Wie erwartet wird bei hohen Temperaturen (über 330 K für H° und über 700 K für O2) die Erosion durch H° oder Verbrennung durch O2 wichtig. Allerdings, ist die Erosionsausbeute durch Ionen + H° oder Ionen + O2 deutlich höher als die Summe der Erosionsausbeuten durch chemische Zerstäubung und die Ausbeute der chemischen Erosion durch H° bzw. O2. Ein Mechanismus für diesen neuen Synergismus wurde vorgeschlagen: Eine ioneninduzierte Erhöhung der chemischen Erosion. Schädigung durch den Ionenbeschuss (gebrochene C-C-Bindungen) aktiviert die Oberfläche und erhöht die chemische Erosion. Die Implementierung dieses Mechanismus im Modell ermöglicht eine Beschreibung der Daten bei diesen hohen Temperaturen. Die Gesamterosionsausbeute ergibt sich daher aus der Summe der Ausbeuten der physikalischen Zerstäubung, der chemischen Erosion und der Ausbeuten der zwei Synergismen, dem Prozess der chemischen Zerstäubung (I) und dem Prozess der ioneninduzierten Erhöhung der chemischen Erosion (II). Das Modell beschreibt die gemessenen Erosionsausbeuten in Abhängigkeit von Energie, Teilchenfluss und Temperatur sehr gut.
