بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، یک فرمول نیمه تجربی برای آهنگ کندوپاش بر حسب انرژی یون فرودی - در حالت فرود نرمال - بر اساس نظریه زیگموند استخراج شده است که ضرایب این فرمول از طریق برازش با داده های تجربی آهنگ کندوپاش تعیین می گردد و می تواند برای یون ها و هدف های مختلف، مقادیر متفاوتی داشته باشد. در این تحقیق، ضرایب فرمول جدید بدست آمده برای آهنگ کندوپاش اتمهای مس توسط یونهای آرگون تعیین شده است. نتایج، نشان دهنده ی توافق خوب با داده های تجربی است.
مقدمه
با برخورد ذرات پر انرژی با سطح کاتد، آنها به درون سطح نفوذ کرده و برخوردهای زیادی با اتمهای کاتد انجام می دهند تا انرژی خود را از دست بدهند. در این سری برخوردها در زمان بسیار کوتاهی - حدود10-12 ثانیه - اتمهای سطحی انرژی بیشتر از انرژی بستگی سطحی کسب کرده و کنده می شوند که به این فرآیند کندوپاش گفته می شود.
بیشتر جمعیت ذرات کنده شده را اتمهای خنثی تشکیل می دهند. آهنگ کندوپاش - بهره کندوپاش - که با تعداد اتمهای کنده شده به ازای هر برخورد تعریف می شود، با روابط یا محاسبات فراوانی تقریب زده شده و به پارامترهای زیادی بستگی دارد. نوع گاز تخلیه اگر از گازهای بی اثر باشد، بهره را افزایش می دهد و با کاتد نیز واکنش نمی دهد.
با زیاد شدن جرم ذرات بر خورد کننده، بهره کندوپاش افزایش می یابد. با افزایش انرژی ذرات برخورد کننده تا چند کیلو الکترون ولت، پس از عبور از مقدار کمینه، مقدار کندو پاش زیاد می شود. با ادامه
افزایش انرژی برخوردی، کاشت یون اهمیت پیدا می کند و آهنگ کندوپاش کاهش می یابد. زاویه برخورد نیز در مقدار آهنگ کندوپاش اهمیت زیادی دارد. نوع ماده کاتد نیز در این آهنگ اثر گذار است. با افزایش عدد اتمی مواد در هر ردیف جدول تناوبی، بهره افزایش می یابد.
همچنین با افزایش آلودگی یا نا خالصی ها در ماده ی کاتدی، آهنگ کندوپاش کاهش می یابد. با افزایش دمای کاتدی، اتمهایی که در سطح وجود دارند، تمایل به خنک شدن و ایجاد پیوند های قویتر دارند و به این ترتیب حاصل کندگی کاهش می یابد. در مورد فرآیند کندوپاش وبه علت پیچیدگی روابط حاکم برآن، تئوری زیگموند یکی از معتبرترین تئوری ها در مورد فرآیند کندوپاش می باشد. بر اساس نظریه ی زیگموند آهنگ کندوپاش - بهره کندوپاش - به صورت زیر داده می شود
در اینجا Y - E - ، آهنگ کندوپاش به معنی تعداد اتمهای کنده شده به ازای هر یون فرودی، به عنوان تابعی از نسبت های جرمی M 1 و M 2 ، به ترتیب اعداد جرمی اتمهای پرتابه و هدف می باشد که به شکل های مختلفی توسط پژوهشگران بر اساس برازش با داده های تجربی به دست می آید. Uانرژی بستگی داشته باشد.
a0 طول استتار الکترون ها، انرژی کاهش یافته لینارد است و S n - - سطح مقطع الاستیک کاهش یافته است که همانند به صورتهای مختلفی توسط پژوهشگران بر اساس برازش با داده
شکل - : - 1 منحنی آهنگ کندوپاش آرگون برای هدف های مختلف.
مدل ریاضی برای آهنگ کندوپاش
در این تحقیق سعی شده است که با توجه به شکل - - 1، تاثیر انرژی آستانه نیز به فرمول - 1 - اعمال گردد و یک فرمولبندی جدیدی برای آهنگ کندوپاش ارایه گردد بطوریکه بتوانیم با رسم منحنی تغییرات آهنگ کندوپاش فرمول ارایه شده به یک توافق بهتری با داده های تجربی تغییرات آهنگ کندوپاش برسیم. با تعریف انرژی آستانه به عنوان حداقل انرژی لازم برای شروع فرآیند کندو پاش، بودانسکی و همکارانش چنین رابطه ای را برای انرژی آستانه بدست آوردند.:
بطوریکه نسبت انتقال انرژی اتم پرتابه به اتم هدف در یک برخورد کشسان بوده و بنا به مرجع [1] به این صورت تعریف می گردد:
با توجه به نمودار شکل - - 1، ملاحظه می کنیم که براساس نظریه ی اعمال می کنیم، این عامل اثر خود را در انرژی های متوسط و زیگموند، آهنگ کندوپاش در یک انرژی آستانه شروع می شود وبا بالای یون فرودی در تغییرات آهنگ کندوپاش به خوبی نشان می افزایش انرژی یون فرودی به سرعت افزایش می یابد:
همچنین تابع را به صورت تابعی از نسبت های جرمی اتمهای پرتابه و هدف به این صورت تعریف می کنیم:
با جاگذاری رابطه - 3 - در رابطه - 2 - و ساده سازی خواهیم داشت:
پانرژی کاهش یافته لینارد طبق رابطه - 4 - تعریف می گردد. با توجه به اینکه سطح مقطع الاستیک کاهش یافته خود تابعیتی از است، بنابراین با تعریف آن به صورت و با جاگذاری آن در رابطه - 8 - و ساده سازی خواهیم داشت:
A ضریبی است که بستگی به نوع یون فرودی و اتمهای هدف، مقادیر متفاوتی می تواند داشته باشد و از طریق برازش با داده های تجربی بدست می آید. همچنین نیز نسبت انرژی انتقال در برخورد کشسان است که طبق رابطه - 6 - بدست می آید.
با در نظر گرفتن عوامل مختلف مانند نسبت های جرمی - رابطه - 7، سطح مقطع توقف هسته ای کشسان - رابطه - 9 و انرژی آستانه - رابطه - 5، فرمول جدید آهنگ کندوپاش بر حسب انرژی یون فرودی - حالت فرود نرمال - را به این صورت تعریف می کنیم:
در این تحقیق، آهنگ کندوپاش هدف مس توسط یونهای فرودی آرگون مورد بررسی قرار گرفته است و همانطوریکه در نمودار مربوطه خواهیم دید، فرمول نیمه تجربی تعریف شده در توافق بسیار خوبی با داده های تجربی است. این داده ها از آزمایشگاه ملی فیزیکNPL 1 ، گرفته شده است
نتایج
منحنی تغییرات Y1 - E - مطابق فرمول - 10 - با استفاده از نرم افزار مطلب که یکی از قدرتمندترین نرم افزارها در زمینه محاسباتی بوده، رسم گردیده است، به ازای انرژی های مختلف یونی، مقادیر آهنگ کندوپاش فرمول نیمه تجربی با استفاده از همین نرم افزار تعیین گردیده و سپس خطای ناشی از هرکدام نسبت به داده های تجربی مربوطه مطابق جدول - - 1، بدست آمده است.
کم بودن خطای بیشینه در هر کدام از این محاسبات نشان دهنده ی توافق خوب با داده های تجربی است. در این تحقیق تغییرات آهنگ کندوپاش هدف مس را توسط یون های فرودی آرگون در بازه های انرژی های متوسط و بالای یونی مطابق شکل - - 2 مورد بررسی قرار داده ایم
