MODELLING OF THE ELIONIC-INDUCED SPUTTERING (SUBLIMATION) OF MATTER

Abstract

The problem of modeling the elionic-induced sputtering (sublimation) of matter is represented. It is customary to call elionic technologies the technologies for processing matter with particle beams (ions, neutrons, electrons and photons). Short review of corresponding experimental data of represented. The ways of search the creation of universal theory for the explanation the proper experimental data are discussed. Comparative analysis of thermodynamical theory, physical-chemical models and photo induced theory of sublimation is described. We show that problem of laser-induced sublimation may be represented as surface sputtering of matter. Therefore the problems of ion-induced and electron induced sputtering of matter are analysed too. From physical-chemical point of point of view the processes of sublimation and sputtering have of the same nature. Main difference between laser-induced and particle-induced sputtering (sublimation) is the nature of interaction charge particles and photons with matter. In both cases we have critical value of fluence the corresponding particles. So, for ion implantation surface sputtering is beginning from fluence 3·10¹⁸ cm^-3. For electrons this value on 2-3 orders of magnitude is greater. Neutron irradiation has a high penetrating ability and material sputtering processes are typical for nuclear and thermonuclear reactors. For laser radiation, the chain process of saturation of the excitation of the corresponding chemical bonds plays an important role. The methods of radiation physics of status solid, Relaxed Optics and irreversible thermodynamics were chosen for modeling. Ion sputtering occurs when irradiated with large doses of ions. In this case, the coefficient of sputtering of the irradiated material is of great importance. Based on this, a physicochemical model is presented, which allows describing the processes of ion sputtering of one and diatomic materials. To simulate laser-induced sublimation, a cascade model of excitation of the corresponding chemical bonds in the excitation saturation mode was used. A comparative analysis with the thermodynamic theory of sublimation is carried out. It is shown that the thermodynamic energy threshold of sublimation is 0.4 values of the Zeitz energy. Estimated calculations for silicon, germanium and steel are presented.

Представлена ​​задача моделювання еліонно-індукованого розпилення (сублімації) речовини. Еліонними технологіями прийнято називати технології обробки речовини пучками частинок (іони, нейтрони, електрони і фотони). Наведено короткий огляд відповідних експериментальних даних. Обговорено шляхи пошуку створення універсальної теорії для пояснення цих експериментальних даних. Описано порівняльний аналіз термодинамічної теорії, фізико-хімічних моделей та фотоіндукованої теорії сублімації. Показано, що проблему лазерно-індукованої сублімації можна представити як поверхневе розпилення речовини. Тому також аналізуються проблеми іонного та електронного розпилення речовини. З фізико-хімічної точки зору процеси сублімації та рорзпилення мають однакову природу. Основна різниця між індукованою лазерно-індукованим та частинково-індукованим розпиленням (сублімацією) полягає в характері взаємодії заряджених масивних частинок і фотонів з речовиною. В обох випадках ми маємо критичне значення потоку відповідних частинок. Так, для іонної імплантації атомізація поверхні починається з флюенсу 3·10¹⁸ см^-3. Для електронів це значення на 2-3 порядки більше. Нейтронне опромінення має велику проникаючу здатність і процеси розпилення матеріалу характерні для ядерних і термоядерних реакторів. Для лазерного випромінювання велику роль має ланцюговий процес насичення збудження відповідних хімічних зв'язків. Для моделювання були обрані методи радіаційної фізики твердого тіла, релаксаційної оптики та  незворотної термодинаміки. Іонне розпилення відбувається при опроміненні великими дозами іонів. Велике значення при цьому має коефіцієнт розпилення опроміненого матеріалу. Виходячи з цього приведена фізико-хімічна модель, яка дозволяє описати процеси іонного розпилення одне і двоатомних матеріалів. Для моделювання лазерно-індукованої сублімації була використана каскадна модель збудження відповідних хімічних зв'язків в режимі насичення збудження. Проведено порівняльний аналіз з термодинамічною теорією сублімації. Показано, що термодинамічний енергетичний поріг сублімації становить 0,4 значення від енергії Зейтца. Наведено оціночні розрахунки для кремнію, германію та стали.