[PDF] MÉCANISME DE FORMATION DIONS POLYATOMIQUES

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JOURNAL DE PHYSIQUE

Colloqu

e C2 supplémen t a u n°2 Tom e *5 févrie r 198
4 pag e C2-12 9

MÉCANISM

E D E

FORMATIO

N D'iON S

POLYATOMIQUE

S

SECONDAIRE

S

APPLICATION

S AU X ION S Cu E T Cu P Joye s

Laboratoire

de

Physique

des

Solides,

Bât.

510,

Université

Paris-Sud,

91405

Orsay,

France

Résum

L a formatio n d'ion s secondaire s polyatoraique s es t décrit e comm

e due à "la capture par un ion secondaire monoatomique d'atomes émis à la suite du même impact primaire.

Abstrac

t Th e formatio n o f secondar y polyatomi c ion s i s describe d a

s resulting from the nucleation on a monoatomic secondary ion of atoms emitted after same primary impact.

I

INTRODUCTIO

N L a productio n d'ion s moléculaire s M n o u M n lor s d u bombardemen t d'un e cibl e [M pa

r un faisceau d'ions A+ ayant une énergie de l'ordre de 10 keV est un phénomène qui a fait l'objet ces dernières années de nombreuses études expérimentales ou théoriques /l/. Souvent les intensités I(M±) ou I(Mp) enregistrées dans le spectre de masse présentent un comportement en dent de scie extrêmement marqué avec renforcement systématique pour une parité donnée de n.

C e phénomèn e a ét utilis d'abor d comm e un e sourc e d'informatio n su r le s amas

. Dans ces études /2/ on postulait une règle de correspondance "intensité •» stabilité" selon laquelle les amas les plus abondants dans le spectre de masse étaient aussi les plus stables, puis on effectuait des calculs sur la structure électronique des amas concernés qui, en général, permettaient de comprendre ce point.

Plu s récemment o n s'es t orient ver s un e meilleur e compréhensio n d u mécanism

e d'émission lui-même, ceci pour tenter de relier par une formule ou une formulation mathématique les deux grandeurs physiques (intensité et stabilité) citées plus haut. Nous avons dans un travail précédent /3/ proposé un mécanisme de formation d'agrégats secondaires appliqué à l'émission d'ions Aïg émis à partir de cibles d'aluminium. Nous nous proposons ici d'étendre ce travail à 1'émission secondaire d'ions Cu£ et CuJ à partir de cibles de cuivre. Ce système est choisi parce que, d'une part, l'intensité de Cu| est très élevée (c'est l'amorce d'un phénomène d'alternance pair-impair avec ions de rang impair plus abondants); d'autre part, les courbes de potentiel du système Cu-Cu+ sont connues.

Dan s l e chapitr e suivan t nou s exposeron s notr e modèl e dan s se s grande s lignes nou s donneron s ensuit e e t discuteron s no s résultats I I

FORMATIO

N D E

DIMERE

S E T D E

TRIMERE

S

Aprè

s l'impac t d'u n io n incidentï l

émerg

e d'un e région ayan t approximativemen

t quelques dizaines d'angstrbms de rayon, un nombre np d'atomes neutres (nQ ^ 6 pour le cuivre) et des ions monoatomiques des deux charges (10~1 à 10"2 par ion Article published online by

C2-130 JOURNAL DE PHYSIQUE

incident). Toutes ces particules sortant presque simultanément (1 'ensemble du phé- nomène se déroule en 'approximativement

10-13s); le problème est de savoir avec quel-

le probabilité un ion Mt peut d'abord capter un atome M (formation d'un dimère M;) puis, éventuel lement un deuxième atome M (formation d' un trimère M;, destruction d'un dimère M$). On doit aussi tenir compte de l'accrochage direct d'un M2 sur M+. Le principe du calcul (lorsqu'on exclut la formation de trimères) est exposé en /3/ : pour une vitesse de M' donnée (énergie cinétique correspondante e) on éva- lue le nombre d'atomes secondaires

M qui, au moment de leur émission (appelons p

la distance Mt - M à cet instant) sont tels que l'énergie cinétique du système Mt - M dans le centre de masse soit inférieure à l'énergie potentielle d'attraction

Ed2) (p). Notons que 1 'on se restreint au cas des vitesses perpendiculaires à la surface de la cible. Le modèle nécessite la connaissance de la distribution énergé-

tique et angulaire des M : on a pris pour le cuivre la même forme que pour 1 'alumi- nium (voir /3/, avec Eb = 0,5 eV). L'énergie E (p)est aussi fixée comme en /3/ à partir des courbes de potentiels calculée par 6" ne méthode ab-initia : (~62) en eV, p en A). Pour que le calcul de la formation de trimères (par accrochage d'un M sur M;) reste simple tout en correspondant le mieux possible au phénomène physique réel, nous avons effectué deux hypothèses (1) On suppose qu'il existp tout au cours du phénomène un centre de nucléation ponc- tuel de vitesse constante V. On ne tient donc pas compte de la délocalisation de la charge. De plus, cette hypothèse revient

à calculer la probabilité d'accrochage

M + M; comme si tous les M$ avaient la vitesse ? de M'. Pour juger dans une certai- ne mesure de la validité de ce dernier point, nous avons calculé

1 'énergie cinéti-

que moyenne des Mt perpendiculairement à la surface et vérifié qu'elle est bien le plus souvent procÂe de la valeur 2e qu'implique notre hypothèse (le plus grand

écart est pour e

c 3,3 eV où l'on obtient 1,35 e)., (2) On n'introduit pour décrire 1 'accrochage M + M2 qu'une seule énergie potentiel- le é3) (p). En l'absence de données sur les "surfaces du potentiel" du système nous avong uti 1 isé 1 'hypothèse où a est fixé par des arguments sur la stabilité des amas CU; et CU;. On sait en effet que, dans une théorie "à un électron", l'énergie gagnée dans la réaction Cu + Cut -+ CU$ est @ (6: intégrale de transfert) alors qu'elle vaut 2,4~ dans la réaction Cu + CU; -+ Cu3 (on a pris pour Cu; la moyenne entre les formes linéaire et équilatérale). Ceci nous conduit

à prendre a = 2,4.

Le calcul de la probabilité d'obtenir un M: par l'autre mode de formation (accro- chage M2 -+ Mt) est du même type que celui exposé en /3/ pour les dimères. On a pris pour distribution angulaire et énergétique des M le carré de la diçtribution des M (avec comme nombre total de M2 . 1 -1). Le potenSiel d'attraction ~~(3) (p) est aussi choisi du type E?'(P) = aiE$(p) où al est le rapport de l'énergie gagnée dans la réaction Cu2 + Cut -. CU^ à l'énergie gagnée dans la réaction Cu + Cut -t Cu?, soit a' = 1,4. Comme les deux modes de formation d'un Cu; sont en général peu pro- bables, on peut les supposer indépendants et ajouter les probabilités obtenues dans les deux calculs.

III - RESULTATS et DISCUSSION

Nous avons porté dans le tableau

1 les valeurs obtenues pour les probabilités de

former un Cu3 ou un Cu$ , respectivement: et P(2' . NOUS avons placé dans une même col onne les probabi 1 i tés correspondant à des parti cules qui ont approximativement la même énergie d'émission E. Pour ceci nous supposons, comme dans l'hypothèse (1) développée plus haut, que les probabilités pl3) et @) calculées lorsque le centre de nucléation originel a l'énergie e correspondent

à des trimères d'énergies E valant

approximativement 3e et 2e. Tableau 1 - Probabilités de formation d'un dimère ou d'un trimère On peut ainsi estimer le rapport r31(c) des courants de trimères et d'ions simples pour différentes énergies d'émission e. On aura : où le facteur entre crochet provient de la distribution énergétique des ions simples (voir

131). En tenant compte de ce qu'une partie des ions simples disparaît par

formation de dimères ou de trimères, on obtient : (1 eV) 2. 0,36 et F(li (5 eV) %

0,95, ce qui conduit à r31 (1 eV) 2. 0,34 et r3~ (5 eV) 2. 2,54. Ces résultats mon-

trent qu'à basse énergie d'émission on peut s attendre

à un courant en Cu+ plus im-

portant qu'en Cu', mais que cet effet disparaît à plus haute énergie; cetSe tendance est observée expérimentalement 141.

REFERENCES

/1/ YU M.L., Phys. Rev., 824, (1981), 5625. /2/ JOYES P., J. Phys.

CheE Sol ., 32, (1971), 1269.

/3/ JOYES P.,

J. Phys., 44, (1983),721.

/4/ BLAISE G., Thèse d'EGt (1972) Orsay.quotesdbs_dbs46.pdfusesText_46

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