Катодное распыление, ионное распыление, разрушение отрицательного электрода (катода) в газовом разряде под действием ударов положительных ионов. В более широком смысле — разрушение твёрдого вещества при его бомбардировке заряженными или нейтральными частицами.
Катодное распыление, с одной стороны, нежелательное явление, уменьшающее срок службы электровакуумных приборов ; с др. стороны, Катодное распыление имеет практическое применение для очистки поверхностей, выявления структуры вещества (ионное травление), нанесения тонких плёнок, для получения направленных молекулярных пучков и т.д. Бомбардирующие ионы, проникая в глубь мишени, вызывают смещение её атомов. Эти смещенные атомы, в свою очередь, могут вызывать новые смещения и т.д. Часть атомов при этом достигает поверхности вещества и выходит за её пределы. При определённых условиях частицы могут покидать поверхность мишени в виде ионов (см. Ионная эмиссия ).В монокристаллах наиболее благоприятные условия для выхода частиц складываются в направлениях, где плотность упаковки атомов наибольшая. В этих направлениях образуются цепочки соударений (фокусоны), с помощью которых энергия и импульс смещенных частиц передаются с наименьшими потерями. Существенную роль при Катодное распыление играет процесс каналирования ионов, определяющий глубину их проникновения в мишень (см. Каналирование заряженных частиц ).
Катодное распыление наблюдается при энергии ионов E выше некоторой величины E0, называемым порогом Катодное распыление Значения E0 для различных элементов колеблются от единиц до нескольких десятков эв. Количественно Катодное распыление характеризуется коэффициентом распыления S , равным числу атомов, выбитых одним ионом. Вблизи порога S очень мало (10–5 атомов/ион), а при оптимальных условиях S достигает нескольких десятков. Величина S не зависит от давления газа при малых давлениях р < 13,3 н/м2(0,1 мм рт. ст.), но при р > 13,3 н/м2(0,1 мм рт. см.) происходит уменьшение S за счёт увеличения числа частиц, осаждающихся обратно на поверхность. На величину S влияют как свойства бомбардирующих ионов — их энергия Ei (рис. 1), масса Mi (рис. 2), угол падения ее на мишень (рис. 3), так и свойства распыляемого вещества — чистота поверхности, температура, кристаллическая структура, масса атомов мишени.
Угловое распределение частиц, вылетающих с распыляемой поверхности, анизотропно. Оно зависит от энергии ионов, а для монокристаллов также от типа кристаллической решётки и строения распыляемой грани. Осадок из распыляемого вещества, образующийся на экране, имеет вид отдельных пятен, причём симметрия картины осадка та же, что и симметрии распыляемой грани и образовавшихся на ней в результате Катодное распыление фигур травления (рис. 4). Энергии распылённых частиц колеблются от нескольких долей эв до величин порядка энергии первичных ионов. Средние энергии распыляемых частиц составляют обычно десятки эв и зависят от свойств материала мишени и характеристик ионного пучка.
Лит.: Моргулис Н. Д., Катодное распыление, «Успехи физических наук», 1946, т. 28, в. 2—3, с. 202; Плешивцев Н. В., Катодное распыление, М., 1968; Каминский М., Атомные и ионные столкновения на поверхности металла, пер. с англ., М., 1967; Томпсон М., Дефекты и радиационные повреждения в металлах, пер. с англ., М., 1971.
В. Е. Юрасова.
Pис. 4. Вверху — осадок, образующийся на прозрачном экране, расположенном параллельно распыляемой грани монокристалла Сu [а — грани (100), б — грани (110), в — грани (111)], внизу — углубления, возникающие при этом на поверхностях граней." href="/a_pictures/00/10/203098932.jpg">Pис. 4. Вверху — осадок, образующийся на прозрачном экране, расположенном параллельно распыляемой грани монокристалла Сu [а — грани (100), б — грани (110), в — грани (111)], внизу — углубления, возникающие при этом на поверхностях граней."http://phosphorus.atomistry.com/">Pис. 4. Вверху — осадок, образующийся на прозрачном экране, расположенном параллельно распыляемой грани монокристалла Сu [а — грани (100), б — грани (110), в — грани (111)], внизу — углубления, возникающие при этом на поверхностях граней." src="a_pictures/00/10/th_203098932.jpg">
Pис. 4. Вверху — осадок, образующийся на прозрачном экране, расположенном параллельно распыляемой грани монокристалла Сu [а — грани (100), б — грани (110), в — грани (111)], внизу — углубления, возникающие при этом на поверхностях граней.
S медной мишени от энергии Е бомбардирующих ионов." href="/a_pictures/18/10/224970135.jpg">S медной мишени от энергии Е бомбардирующих ионов."http://sulphur.atomistry.com/">S медной мишени от энергии Е бомбардирующих ионов." src="a_pictures/18/10/th_224970135.jpg">
Рис. 1. Зависимость коэффициента распыления S медной мишени от энергии Е бомбардирующих ионов.
S от угла падения a ионов, бомбардирующих поверхность Cu, Ta, Fe, Pt (цифры указывают энергию ионов)." href="/a_pictures/18/10/226051998.jpg">S от угла падения a ионов, бомбардирующих поверхность Cu, Ta, Fe, Pt (цифры указывают энергию ионов)."http://sulphur.atomistry.com/">S от угла падения a ионов, бомбардирующих поверхность Cu, Ta, Fe, Pt (цифры указывают энергию ионов)." src="a_pictures/18/10/th_226051998.jpg">
Рис. 3. Зависимость S от угла падения a ионов, бомбардирующих поверхность Cu, Ta, Fe, Pt (цифры указывают энергию ионов).
S от массы бомбардирующих ионов Mi (Еi = 400 эв)." href="/a_pictures/18/10/279791452.jpg">S от массы бомбардирующих ионов Mi (Еi = 400 эв)."http://sulphur.atomistry.com/">S от массы бомбардирующих ионов Mi (Еi = 400 эв)." src="a_pictures/18/10/th_279791452.jpg">
Рис. 2. Зависимость коэффициента распыления S от массы бомбардирующих ионов Mi (Еi = 400 эв).