Effect of Low-Energy Inert-Gas Ion Bombardment of the Metal Surface on the Oxygen Adsorption and Oxidation

It is well known that the metal-surface properties vary as a result of the surface layers ion sputtering in vacuum. This review contains results of the studies of kinetics change of oxygen adsorption and oxidation on the surface of transition metals and alloys in a vacuum during the low-energy (< 10 keV) Ar⁺ ions bombardment. Particularly, the results of the systematic studies of the surface of Cu, Ni, Fe, Co single crystals, and Fe–Ni alloy are presented. The important role of such parameters as a dose of the ion bombarding, ion energy and sample temperature in the chemical activity of surface is noted. It is argued that mechanism of interaction in surface–gas system is substantially controlled by the optimal ratio between the energy and primary ion current density, as well as sputtering rate of natural oxide on the target surface.Хорошо известно, что свойства поверхности металла изменяются в результате ионного распыления поверхностных слоёв в вакууме. Данный обзор содержит результаты исследований изменения кинетики адсорбции кислорода и окисления на поверхности переходных металлов и сплавов в вакууме при бомбардировке ионами Ar⁺ низкой энергии (< 10 кэВ). В частности, приведены результаты систематических исследований поверхности монокристаллов Cu, Ni, Fe, Co и сплава Fe–Ni. Отмечается важная роль таких параметров как доза бомбардировки, энергия ионов и температура образца в изменении химической активности поверхности. Приведены доказательства того, что механизм взаимодействия в системе газ–поверхность существенно контролируется оптимальным соотношением между энергией и плотностью первичного ионного тока, а также скоростью распыления природного оксида на поверхности мишени.Добре відомо, що властивості поверхні металу змінюються в результаті йонного розпорошення поверхневих шарів у вакуумі. Даний огляд містить результати досліджень зміни кінетики адсорбції кисню і окиснення на поверхні перехідних металів і стопів у вакуумі при бомбардуванні йонами Ar⁺ низької енергії (< 10 кеВ). Зокрема, наведено результати систематичних досліджень поверхні монокристалів Cu, Ni, Fe, Co і стопу Fe–Ni. Відзначається важлива роль таких параметрів як доза бомбардування, енергія йонів і температура зразка у зміні хемічної активности поверхні. Наведено докази того, що механізм взаємодії в системі газ–поверхня істотно контролюється оптимальним співвідношенням між енергією та густиною первинного йонного струму, а також швидкістю розпорошення природного оксиду на поверхні мішені

Secondary Ion Emission during the Proton Bombardment of Metal Surfaces

The goal of the present review paper is a systematic study of various secondary ion emission (SIE) aspects for metals, alloys, and chemical compounds in the case when the surface is bombarded with lightest ions—protons.В обзорной статье содержатся результаты исследований закономерностей и особенностей вторичной ионной эмиссии при бомбардировке металлических поверхностей самыми лёгкими ионами — протонами, которые обладают наиболее низкими коэффициентами распыления и, следовательно, вызывают минимальную эрозию исследуемой поверхности.В оглядовій статті аналізуються результати досліджень закономірностей і особливостей вторинної йонної емісії при бомбардуванні металевих поверхонь найлегшими йонами — протонами, що мають найнижчі коефіцієнти розпорошення і, отже, спричинюють мінімальну ерозію досліджуваної поверхні

Multilayer film heterostructures. Silicides

The formation of heterostructures based on nanoscale silicide films in limiting states are exemplified. The nanoscale silicide films of a required phase composition are shown to be obtainable by formation of specific zones, different type interlayers referred to as the diffusion-controlling layers between the metal layer and substrate (silicon single crystal).Подано приклади отримання гетероструктур на основі нанорозмірних силіцидних плівок у граничних станах. Показано, що отримання нанорозмірних силіцидних плівок необхідного фазового складу забезпечується формуванням між шаром металу і підкладкою (монокристалом кремнію) особливих зон, прошарків різного типу - дифузійноконтролюючих шарів.Показаны примеры получения гетероструктур на основе наноразмерных силицидных пленок в предельных состояниях. Показано, что получение наноразмерных силицидных пленок необходимого фазового состава обеспечивается формированием между слоем металла и подложкой (монокристаллом кремния) особенных зон, прослоек разного типа - диффузионно-контролирующих слоев

Effect of Low-Energy Inert-Gas Ion Bombardment of the Metal Surface on the Oxygen Adsorption and Oxidation

It is well known that the metal-surface properties vary as a result of the surface layers ion sputtering in vacuum. This review contains results of the studies of kinetics change of oxygen adsorption and oxidation on the surface of transition metals and alloys in a vacuum during the low-energy (< 10 keV) Ar⁺ ions bombardment. Particularly, the results of the systematic studies of the surface of Cu, Ni, Fe, Co single crystals, and Fe–Ni alloy are presented. The important role of such parameters as a dose of the ion bombarding, ion energy and sample temperature in the chemical activity of surface is noted. It is argued that mechanism of interaction in surface–gas system is substantially controlled by the optimal ratio between the energy and primary ion current density, as well as sputtering rate of natural oxide on the target surface.Хорошо известно, что свойства поверхности металла изменяются в результате ионного распыления поверхностных слоёв в вакууме. Данный обзор содержит результаты исследований изменения кинетики адсорбции кислорода и окисления на поверхности переходных металлов и сплавов в вакууме при бомбардировке ионами Ar⁺ низкой энергии (< 10 кэВ). В частности, приведены результаты систематических исследований поверхности монокристаллов Cu, Ni, Fe, Co и сплава Fe–Ni. Отмечается важная роль таких параметров как доза бомбардировки, энергия ионов и температура образца в изменении химической активности поверхности. Приведены доказательства того, что механизм взаимодействия в системе газ–поверхность существенно контролируется оптимальным соотношением между энергией и плотностью первичного ионного тока, а также скоростью распыления природного оксида на поверхности мишени.Добре відомо, що властивості поверхні металу змінюються в результаті йонного розпорошення поверхневих шарів у вакуумі. Даний огляд містить результати досліджень зміни кінетики адсорбції кисню і окиснення на поверхні перехідних металів і стопів у вакуумі при бомбардуванні йонами Ar⁺ низької енергії (< 10 кеВ). Зокрема, наведено результати систематичних досліджень поверхні монокристалів Cu, Ni, Fe, Co і стопу Fe–Ni. Відзначається важлива роль таких параметрів як доза бомбардування, енергія йонів і температура зразка у зміні хемічної активности поверхні. Наведено докази того, що механізм взаємодії в системі газ–поверхня істотно контролюється оптимальним співвідношенням між енергією та густиною первинного йонного струму, а також швидкістю розпорошення природного оксиду на поверхні мішені

Secondary Ion Emission during the Proton Bombardment of Metal Surfaces

The goal of the present review paper is a systematic study of various secondary ion emission (SIE) aspects for metals, alloys, and chemical compounds in the case when the surface is bombarded with lightest ions—protons.В обзорной статье содержатся результаты исследований закономерностей и особенностей вторичной ионной эмиссии при бомбардировке металлических поверхностей самыми лёгкими ионами — протонами, которые обладают наиболее низкими коэффициентами распыления и, следовательно, вызывают минимальную эрозию исследуемой поверхности.В оглядовій статті аналізуються результати досліджень закономірностей і особливостей вторинної йонної емісії при бомбардуванні металевих поверхонь найлегшими йонами — протонами, що мають найнижчі коефіцієнти розпорошення і, отже, спричинюють мінімальну ерозію досліджуваної поверхні

Enhanced diffusion caused by surface reactions in thin films of Sn–Cu–Mn

This paper describes an investigation of low-temperature diffusion in thin films of Sn/Cu, Cu/Mn and Sn/Cu/Mn. The combination of Rutherford backscattering spectroscopy, grazing incidence X-ray diffraction and Auger electron spectroscopy has been used to provide information about the concentration distribution of components and the depth of the various phases and interfaces. The results show that processes that occur on a free surface of thin films can stimulate diffusion of elements in the bulk. It is shown that the element with higher affinity to oxygen tends to move to the surface in order to oxidize and that this oxidation process provides a driving force for further diffusion. Introduction of a third layer to a bilayer system may lead to changes in the surface topography caused by the reactive diffusion between upper layers and it causes the development of fast, ‘short-circuit’ diffusion paths and so increases the diffusion of elements from the bottom to the top. Reactive diffusion between Sn and Cu in the top layers leads to significant changes at the surface with features of the size of 10 to 20 nmappearing. These changes provide shortcuts for the diffusion of Mn atoms from the bottom layer to the free surface. As a consequence of these processes, the sequence of layers of different elements in thin-film structures alters diffusionand results in different sample properties.Swedish Institute 00699/200