載能負(fù)離子在水吸附硅表面散射的非絕熱動力學(xué)過程研究.pdf

1、離子-表面相互作用在諸如等離子體物理、表面分析、半導(dǎo)體制造和天體物理等多個領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用。其一般涉及入射離子（原子）和表面原子之間的電荷交換、電子激發(fā)和能量損失等過程。入射離子與固體表面間的電荷轉(zhuǎn)移不僅可以探究表面電子結(jié)構(gòu)，還決定散射后離子的電荷態(tài)分布。
　　離子與表面散射是研究電荷交換過程的最直接方法。keV能量的原子和離子在金屬表面散射的大量研究表明，入射粒子和表面原子間電子隧穿的共振電荷轉(zhuǎn)移(RCT)過程占有支配地位

2、。半導(dǎo)體表面具有特殊的懸掛鍵表面態(tài)和窄的能帶間隙，能夠顯著地影響離子-表面間的電荷交換，且在半導(dǎo)體制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用。此外，表面摻雜能夠顯著影響半導(dǎo)體電子器件的特性。
　　本工作主要研究了低能keV能量負(fù)離子在水吸附半導(dǎo)體Si表面散射的電荷交換過程。實(shí)驗(yàn)上利用一維位置靈敏探測技術(shù)測量了8.5-22.5keV的C-和F-離子散射后電荷態(tài)份額的能量依賴和角度依賴，散射角固定為38°。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在鏡面散射下，正離子和負(fù)離子份額隨入射

3、速度單調(diào)上升；入射能量（速度）一定時，正離子份額隨入射角輕微地單調(diào)下降，而負(fù)離子份額則呈現(xiàn)出反常的先上升后下降的“鐘罩型”變化趨勢。
　　傳統(tǒng)的物理圖像（金屬表面自由電子氣模型）無法解釋我們獲得的測量結(jié)果，因此我們引入近距離處的入射速度效應(yīng)，認(rèn)為在近距離處，負(fù)離子份額依賴于初始形成的中性原子數(shù)目，即此時動力學(xué)平衡布居遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到。通過求解耦合的幾率方程，發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合。這些結(jié)果都表明在我們的這種高能區(qū)內(nèi)，離子-表面