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

Abstract

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.