О формообразовании кратеров при ионной бомбардировке

Abstract

Теоретически исследуется влияние пластичности и поверхностного натяжения металла на форму и величину кратера, образуемого тяжелым низкоэнергетическим ионом. Кратер аппроксимируется аксиально- симметричной впадиной, характеризующейся известным объемом и двумя радиусами, задающими кривизну донной и периферийной частей кратера. Радиусы кривизны определяются из равенства сил поверхностного натяжения и упругой реакции металла. Получены уравнения для диаметра и глубины кратера, а также показателя прироста свободной поверхности β за счет образования капли и кратера. Проанализированы зависимости формы и размеров кратера от предела текучести и коэффициента поверхностного натяжения металла. Продемонстрировано влияние указанных характеристик на возможность капельного распыления и образования кратеров нанометрового размера при ионной бомбардировке металлов.

Теоретично досліджується вплив пластичності й поверхневого натягу металу на форму й величину кратера, утвореного важким низькоенергетичним іоном. Кратер апроксимується аксіально-симетричною западиною, що характеризується відомим об'ємом і двома радіусами, що задають кривину донної й периферійної частин кратера. Радіуси кривин визначаються з рівності сил поверхневого натягу й пружної реакції металу. Отримано рівняння для діаметра й глибини кратера, а також показника приросту вільної поверхні β за рахунок утворення краплі й кратера. Проаналізовано залежностi форми й розмірів кратера від границі текучості й коефіцієнта поверхневого натягу металу. Продемонстровано вплив зазначених характеристик на можливість краплинного розпилення й утворення кратерів нанометрового розміру при іонному бомбардуванні металів.

Effect of plasticity and surface tension of metal on form and size of crater produced by heavy low-energy ion is theoretically investigated. Crater is approximated by an axially-symmetrical hollow. The hollow is characterized by known volume and two radii which specify curvatures of both bottom and peripheral parts of crater. Radii of curvature are determined by equality of surface tension forces and elastic reaction of metal. Equations for crater depth and diameter as well as for coefficient of increase of free surface β due to crater and droplet formation are derived. Dependences of crater form and size on yield strength and surface tension coefficient of metal are analyzed. Influence of specified characteristics on possibility of droplet sputtering and nanometer-sized craters formation at ion bombardment of metals is shown.