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Univ. Paris-Saclay
Interaction ions-surfaces : étude de la pulvérisation du fluorure de lithium LiF par technique d’imagerie XY-TOF-SIMS.
Hussein HIJAZI
Jeudi 06/10/2011, 14:00
CIMAP Caen,

Soutenance Jeudi 6 octobre à 14h à l'Amphithéâtre Sciences 3 057.

Manuscrit de la thèse.

Résumé : Le dépôt d'énergie cinétique d'un projectile rapide dans une cible conduit à l'éjection de matière sous forme d'atomes ou d'agrégats ("pulvérisation"). La mesure des rendements, des distributions en énergie et en angle des particules pulvérisées contribuent à comprendre le processus microscopique de l'endommagement et de la création de défauts dans les matériaux. Un nouveau dispositif expérimental ultra vide (AODO) permet de mesurer les distributions en masse et les vecteurs vitesse de chaque ion secondaire émis par technique d'imagerie XY-TOF-SIMS ("Secondary Ion Mass Spectroscopy"). Ici, nous nous intéressons à la pulvérisation du fluorure de lithium (isolant cristallin "modèle" à gap très important ≈ 14 eV) irradié par des ions lourds rapides (≈ 10 MeV/u). En fonction du pouvoir d'arrêt Se, deux régimes de l'évolution des rendements de pulvérisation Y des ions secondaires sont observés. Pour les faibles Se (< 8 keV/nm), régime de faible perturbation, Y ~ Se2. Pour les forts Se (> 8 keV/nm), régime de forte perturbation, une saturation (Y = constante) est observée. Les données expérimentales permettent aussi de tester des modèles théoriques proposés dans la littérature (le modèle de l'onde de choc, pointe thermique, explosion coulombienne...). Il apparaît qu'aucun de ces modèles ne peut interpréter correctement l'ensemble de ces résultats. Une distribution de type Maxwell- Boltzmann décrit bien les distributions en énergie des ions secondaires. Les processus générant la pulvérisation doivent donc être principalement d'origine thermique.

Mots-clés : Ions multichargés/ Surfaces (Physique – Isolants Electriques)/ Pulvérisation/ Spectrométrie de Masse des Ions Secondaires – Couches Minces – UltraVide


Interaction of ions with surfaces: sputtering of secondary ions from lithium fluoride LiF studied by XY-TOF-SIMS

Abstract:

The deposition of energy lost by a fast ionic projectile in the target leads to the ejection of material in the form of atoms or clusters ("sputtering"). The measurements of yields, energy and angular distributions of sputtered particles contribute to the understanding of the initial microscopic processes of damage and defect creation in materials. A new UHV system (AODO) allows measuring the mass distributions and the velocity vectors of each emitted secondary ion by means of time-of-flight and imaging techniques XY-TOF-SIMS ("Secondary Ion Mass Spectroscopy") with well prepared target surfaces. Here, we focus on the sputtering of lithium fluoride (an ionic crystal, a large band gap insulator ≈ 14 eV) by fast heavy ions (≈ 10 MeV/u). As a function of the electronic stopping power Se, two regimes for the evolution of secondary ions yield Y with Se are observed. At low Se (< 8 keV/nm), weak perturbation regime, Y ~ Se2. At high Se (> 8 keV/nm), strong perturbation regime, a saturation (Y = constant) is observed. The experimental data permit also to test the theoretical models existing in the literature (shock wave model, thermal spike, Coulomb explosion ...). It appears that none of these models can correctly describe the ensemble of the experimental observations. However, the Maxwell-Boltzmann distribution describes the energy distributions of the emitted ions. This gives us a possible indication that the processes generating the sputtering could be mainly of thermal origin.

 

Contact : Serge BOUFFARD

 

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