фомнэ. дз6. Минобрнауки россии санктпетербургский государственный электротехнический университет лэти

• Название: Минобрнауки россии санктпетербургский государственный электротехнический университет лэти
• Анкор: фомнэ
• Дата: 29.03.2023
• Размер: 39.68 Kb.
• Имя файла: дз6.docx
• Тип: Документы; #1022514

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ»»

ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Кафедра МИТ

ДЗ №6

По дисциплине «ФОМНЭ»

Вариант 11

Выполнил студент группы 1101 _________________ Хмыров И.К.

Преподаватель доцент кафедры МИТ __________________ Мельник В.И.

Санкт-Петербург

2022

Задание

1. Рассчитать зависимость максимальной энергии Е_макс, которая может быть передана ионом нейтральному атому, от энергии налетающего иона для соответствующей пары ион – мишень. Диапазон энергий 10 эВ – 100 кэВ. Вычисления оформите в виде таблицы, постройте график (шкалы графика логарифмические). Сделайте вывод по полученному графику, оцените эффективность передачи энергии от иона к атому мишени. Возможно для материала Вашей мишени более эффективно использовать ионы иных инертных газов? Какого инертного газа и почему?

2. Рассчитать значение угла падения ионов a_max, при котором наблюдается максимальный коэффициент распыления материала К_рmax, для той же пары ион – мишень и значений энергии ионов 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000 и 2000 эВ. Вычисления оформите в виде таблицы, постройте график (шкалы графика логарифмические). Сделайте выводы.

Дано:

Ион	Мишень
Хe	Si

Расчеты

1. 
   Рассчитывать будем по следующей формуле:
   

, (1)





Рассчитаем E_max от E₀ в диапозоне 10 эВ – 100кэВ.

E0, эВ	Emax, эВ
10	5,936869
100	59,36869
1000	593,6869
10000	5936,869
100000	59368,69

Таблица 1. Результаты расчетов по формуле (1)



Рисунок 1. Зависимость E_{max от} E_{0 по рассчитанным данным из таблицы 1.}

Вывод: наблюдаем на графике линейную зависимость. Согласно формуле (1), изменяется только множитель Е₀, является константой. Значит, максимальная энергия атома мишени линейно зависит от энергии иона с постоянным коэффициентом. Эффективность передачи энергии при использовании иона Xe составляет приблизительно 59%. Для увеличения эффективности передачи нужно, чтобы масса иона инертного газа совпадала с массой атома-мишени. Ближе всего, из благородных газов, подходит неон. В случае его использования получим эффективность передачи энергии приблизительно равную 97%.

E0, эВ	Emax, эВ	Emax/ E0
10	0,971164	0,971164
100	0,971164	0,971164
1000	0,971164	0,971164
10000	0,971164	0,971164
100000	0,971164	0,971164

Таблица 2. Результаты расчетов по формуле (1) для Ne и Si. Эффективность передачи энергии при использовании иона Ne.

2. 
   Расчет значения угла падения ионов a_max, при котором наблюдается максимальный коэффициент распыления материала К_рmax
   

(2)

Где N – атомная плотность мишени (число атомов вещества в единице объема), Z₀ = 54 и Z_m = 14 – атомные номера иона и мишени,

E_R – Ридбергер, энергия связи иона в атоме водорода (13,5 эВ), α – приведенный радиус, который находим из выражения:

α = 0,085· α₀ ·(Z₀^⅔ + Z_m^⅔)^-0,5,

где α₀ – первый боровский радиус водорода (0,529·10^-10 м.)

Найдем атомную плотность ,

где N_A=6,022·10²⁹ атом/моль – число Авагадро, , .

.

Найду приведенный радиус α = 0,085· α₀ ·(Z₀^⅔ + Z_m^⅔)^-0,5 = 1,00306·10^-12.

10	1,465682	83,9774
20	1,496236	85,72802
50	1,523348	87,28139
100	1,537012	88,06429
200	1,546674	88,61788
500	1,555247	89,1091
1000	1,559568	89,35668
2000	1,562624	89,53174

Таблица 3. Результаты расчетов по формуле (2).



Рисунок 2. Зависимость от Е₀, по рассчитанным данным из таблицы 3.

Вывод: На графике зависимости эффективного угла падения ионов Xe от их энергии можем видеть максимальный коэффициент распыления материала. Значит дальнейшее увеличение энергии будет снижать эффективность, т.к. энергия иона становится настолько большой, что вместо выбивания материала мишени упругим столкновением, ион инертного газа начинает «заколачивать» атомы мишени в глубину самой мишени, начинается нагрев мишени и не эффективная потеря энергии.