THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
101
ПОЛУЧЕНИЯ КОНДЕНСИРОВАННЫХ НАНОСТРУКТУР С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАРЯЖЕННЫХ КЛАСТЕРОВ ПРИ
ИОННОМ РАСПЫЛЕНИИ
PhD Р.Т..Курбанов1, Исаханов З.А2 Зуфаров Б. А3
1Белорусско-Узбекский межотраслевой институт прикладных техничес-
ких квалификаций, Ташкент. Узбекистан; 2Институт ионно-плазменных
и лазерных технологий АН РУз; 3Студент Обнинского института атомной энергетики,
Россия
h ps://doi.o g/10.5281/zenodo.17738532
Аннотация. Описаны некоторые аспекты использования кластерных пучков для
формирования поверхностных наноструктур ионным осаждением. Показаны
возможности и перспективы применения для решения этих задач кремниевых и других
кластеров, полученных ионным распылением поверхности.
Ключевые слова: ионное осаждение, наноструктуры, поверхность, кластерные
ионы, кремний, фрагментация.
Abs ac . Some aspec s o using clus e beams o o m su ace nanos uc u es by ion
deposi ion a e desc ibed. The possibili ies and p ospec s o using silicon and o he clus e s
ob ained by ion spu e ing o he su ace o sol ing hese p oblems a e shown.
Keywo ds: ion deposi ion, nanos uc u es, su ace, clus e ions, silicon, agmen a ion.
Современный этап развития нанотехнологий характеризуется всё более широким
развитием различных методов создания поверхностных наноструктур с заданными
характеристиками для решения широкого круга как фундаментальных, так и прикладных
задач в области микроэлектроники, материаловедения и альтернативной энергетики.
Особое место здесь занимают ионные технологии, позволяющие эффективно управлять
параметрами образующихся наноструктур.
В настоящее время для создания и модификации поверхностных наномасштабных
материалов и объектов широкое распространение получили пучки полиатомных
молекулярных и кластерных ионов. Процессы взаимодействия кластеров с поверхностью
принято разделять на низко- и высокоэнергетические [1]. При низкоэнергетическом
взаимодействие кинетическая энергия на атом Ea ниже энергии связи (когезии)
компонентов кластера Ecoh, т.е. обычно ниже эВ/атом. Этот случай называют осаждением
или мягким нанесением. Такое осаждение обычно не вызывает фрагментации кластеров,
сохраняющих свой состав, но их структура может быть искажена. Если Ea превышает Ecoh,
то воздействие считается высокоэнергетическим. Если Ea лишь немного выше Ecoh, то
кластер пластически деформируется при ударе, но фрагментирует только частично или не
фрагментируется. Дальнейший рост Ekin приводит к распаду и фрагментации кластера.
Взаимодействие налетающего кластера с поверхностью при энергиях, больших энергии
связи, ведёт к образованию её повреждений от столкновений, и выделение энергии
происходит в более узком поверхностном слое, чем у атомарных частиц. При относительно
высокой Ekin воздействие также может вести к распылению поверхностных атомов и
образованию кратеров. Меняя кинетическую энергию налетающего кластера, можно
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
102
разработать разные методы модификации материалов и наноструктур.
Мягкое осаждение кластеров позволяет создавать на поверхности материалов
пленочные структуры с заданными физико-химическими характеристиками [1]. При этом
условия для мягкого осаждения зависят от размера и материала кластера, а также от свойств
подложки [1-3].
Среди методов создания кластерных пучков ионное распыление занимает особое
место, позволяя получать кластеры, которые зачастую трудно синтезировать другими
способами. В исследованиях процессов эмиссии кластеров при ионной бомбардировке
поверхностей работы школы физической электроники Узбекистана занимают значительное
место, во многих случаях носят приоритетный характер [4-6], и в настоящее время здесь
накоплен большой экспериментальный и теоретический материал [7]. Так, в работе [5],
было показано, что доля кластерной компоненты 𝑀𝑛
+ (n= 2 ÷ 15 ) в общем потоке
продуктах ионного распыления весьма велика и в зависимости от природы
бомбардирующего иона достигает до 95% (таблица 1). Здесь также четко прослеживается,
что эффективность кластерообразования прямым образом связано с распыляемостью
металлов. Как известно коэффициент распыления для данных металлов увеличивается в
порядке от Al → Ag.
Таблица 1. Доля кластерной ионной компоненты в продуктах распыления [5].
Бомбардирущий
ион (E= 7кэВ)
Э л е м е н т
Al
Si
Ni
Cu
Ag
Ne+
15
20
35
51
55
Доля кластеров во
ВИИЭ (в %)
Xe+
46
59
68
85
95
Особый интерес здесь представляет в составе вторичных распыленных ионов
большая доля кластеров кремния. Данный результат показывает широкие возможности
применения ионного распыления для получения значительных потоков кластеров Sin+.
Использование распыленных и разделённых по массам пучков даёт возможность
направлять на мишень ионы Sin+ с заданным числом атомов n в кластере, т.е.
конденсировать ионным осаждением на поверхности наноструктуры кремния с
регулируемым числом атомов в своём составе. Кроме того, выполненные исследования
показали, что бомбардировка водородом [5], или напуск кислорода на бомбардируемую
поверхность кремния [8], позволяет регулировать выход отдельных кластерных ионов Sin+
(Рис.1), а также получать интенсивные пучки гетероядерных оксидных кластеров SinOm+
(Рис.2) [9], что также открывает широкие перспективы для создания ионным осаждением
поверхностных наноструктур различного типа.
Следует отметить, однако, что практическое применение для поверх-ностного
осаждения полученных ионным распылением пучков заряженных кластеров требует
решения ряда инженерных задач. Так, известно, что распыленные кластеры эмитируются с
поверхности в состоянии сильного колебательного возбуждения и фрагментируют на всём
пути ионного тракта [6,]. Распад кластеров на заряженные нейтральные фрагменты может
приводить к определённому отклонению характеристик и стехиометрии формируемых на
поверхности наноструктур от заданных.
THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF
INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”,
NOVEMBER 20, 2025
103
10-5 10-4 10-3
103
104
105
106
107
108
109
1010
29Si+
Si2
+
Si3
+
Si4
+
Si5
+
Si6
+
Si7
+
давление O2, Пa
интесивность имп/сек
29Si+
Следовательно, технология проведения
осаждения должна обеспечивать минимальное время пролёта образующихся кластеров от
распыляемой мишени до поверхности осаждения. Особое внимание следует при этом
уделить сокращению времени нахождения кластерных ионов в зоне их ускорения под
действием электрического поля, поскольку распад кластеров в этой области на заряженные
и нейтральные фрагменты ведёт к существенному различию времени их долёта, что может
отрицательно влиять на стехиометрию получаемых наноструктур. Успешное решение
данных задач, несомненно, открывает широкие перспективы для использования
полученных ионным распылением пучков заряженных кластеров в технологиях создания
поверхностных наноструктур методом ионного осаждения.
1. Popok V.N., Ba ke I. e al, //Su . Sci. Repo s. 2011. V.66. P. 347-377.
2. Dinh P.-M., Reinha d P.G., Su aud E. //Phys. Rep. 2010. Vl.485. №2-3.P.43-107.
3. Vajda S., Pellin M.J., e al. //Na u e Ma . 2009. ol.8. pp. 213-216.
4. Джемилев Н.Х., Курбанов Р.Т.Изв.АН СССР. Сер.физ. 1979. Т.43. c.606-611.
5. Курбанов Р.Т Дис…канд-физ. мат наук. Ташкент. Инс-т электроники. с.163
6. Максимов С.Е., Хожиев Ш.Т., и др. Фундаментальные свойства и механизм
образования кластеров, распыленных с поверхности под действием ионной
бомбардировки. Монография. Ташкент: «Mi on-A Design». 2024. 267 с.
7. Dzhemile N.Kh., Ko alenko S.F., e al. //J.Su .In es . 2015. V.9. P.400-405.
Рис.1 Зависимость выходов
кластерных ионов Sin
+ от
давления кислорода вблизи
распыляемой поверхности [8].
Рис.2 Зависимость выходов
кластерных ионов Si2O+,
Si2O2
+, Si2O3
+ и Si2O4
+ от
давления кислорода.
