第20卷第1期-原子核物理评论.PDF

第 2O卷 第 1期 原 子 核 物 理 评 论 Vo1．2O。No．1 2003年 3月 NuclearPhysicsRenew Mar．，2003 文章编号：1007--4627(2003)01--0061--05 合金溅射轰击诱发的吉布斯偏析现象。 郑里平 (中国科学院上海原子核研究所，上海 201800； 中国科学院国际材料物理 中心，辽宁 沈阳 110016) 摘 要 ：建立 了包括质量效应、键合效应和轰击诱发吉布斯偏析效应的蒙特卡罗模拟程序；并对轰 击诱发吉布斯偏析效应的两大特征(表面成分梯度特征和表面成分梯度 的中间性特征)进行了研究． 模拟解析了为何在被轰击合金表面形成了一个偏析元素的成分梯度；为何被轰击合金表面的成分 梯度、溅射角分布和溅射产额具有中间性特征． 关 键 词 ：合金溅射；轰击诱发吉布斯偏析；MonteCarlo模拟 中图分类号：0485；0552．2；0562．5 文献标识码 ：A 1 引言 2 合金溅射轰击诱发的吉布斯偏析现 众所周知，对于 同位素溅射 只考虑质量效 象 应Eh引，但是对于合金溅射既要考虑质量效应又要 2．I Au-Cu合金表面的Au成分梯度 考虑 键 合 效应 【]． 1982年，李 日升 等啪 和 Andersen等E胡同时首次发现低温时合金溅射轰击 实验高剂量Au-Cu合金表面成分分布显示[， 诱发的吉布斯偏析现象．这就突破了把表面成分和 表面Au(偏析元素)富集，也就是说表面Au成分大 溅射变化仅归因于质量效应和键合效应的传统观点 于基体Au成分；次表面Au贫乏，也就是说次表面 的束缚，为合金溅射理论研究开辟 了新的方向，也 Au成分小于基体Au成分．由于分辨率的限制，实 为核工业中发展 自我保护型防溅射材料提供了科学 验只能分辨两个原子层的Au成分，不能分辨一个 依据 ，并对二次离子质谱等表面分析技术的发展产 生了重要影响D--23]． 原子层 的 Au成分．为 了深入分析，我们借助于 实验研究有其局限性，需要借助于蒙特卡罗 MC模拟．MC模拟表明E]，Au-Cu合金表面的Au (MC)模拟．例如，李 日升和 Andersen的实验E ] 成分分布(原子百分比)中，表面第一原子层 Au富 仅考虑了高剂量离子(三三=1×10¨ions／cm2)轰击，因 集 (74 )，表面第二原子层Au贫乏 (37 )[153． 此不能深入研究合金表面成分分布和合金溅射角分 从文献[15]中看到，相对于基体 Au成分 (569，5) 布与剂量变化的关系．借助于MC模拟，可 以深入 来说，表面第一原子层与表面第二原子层 Au成分 研究这种关系． 之差(37 )是很大的．这里将 Au成分之差称作 轰击诱发吉布斯偏析有两大特征：(1)表面成 为表面 Au成分梯度． 分梯度特征；(2)表面成分梯度的中间性特征．从 作为 比较，仅按照质量效应和键合效应，我们 1990年到 1995年，我们建立了包括质量效应、键