Étude expérimentale et théorique de l'émission secondaire d'ions moléculaires. Cas des éléments du groupe IV-B

M. Leleyter , P. Joyes

Les spectres de masse des ions moléculaires secondaires émis sous bombardement de cibles constituées d'éléments du groupe IV-B présentent les caractéristiques suivantes : les intensités I(C+n) sont renforcées pour n impair, I(C-n) pour n pair, I(Si +n) et I(Ge+n) pour n pair; les I(Si-n) et I(Ge-n) ne présentent pas d'alternances. Pour interpréter ces phénomènes, nous faisons d'abord un examen des théories de l'émission secondaire d'amas qui nous permet de conclure à la validité d'une règle qualitative reliant intensités d'émission mesurées et constantes physiques des amas (énergie de liaison pour les ions positifs, affinité électronique du neutre correspondant pour les ions négatifs). La partie théorique de l'article est le calcul de ces constantes physiques. Il est mené dans l'approximation de Hückel adaptée aux orbitales hybridées. Les différents paramètres de cette méthode sont fixés par référence à des calculs en liaisons fortes des structures de bandes des solides correspondants. Nos résultats nous permettent de déterminer d'abord entre toutes les hybridations et les formes d'amas possibles lesquelles sont les plus stables pour un nombre d'atomes n, une ionisation et un élément donnés. Ne conservant que ces dernières géométries, nous comparons les constantes physiques pour différents n. Dans l'approximation où on s'est placé, ces comparaisons ne sont possibles que pour n < 6 pour le carbone ; elles donnent l'effet attendu, à savoir énergie de liaison des ions positifs plus grande pour n impair et affinité électronique plus forte pour n pair. Dans le cas du silicium et du germanium, on a aussi accord avec l'expérience pour n ≤ 4. Le léger désaccord qui apparaît pour n ≽ 5 est dû sans doute à l'imprécision du calcul ou à celle des mesures, en particulier pour les ions négatifs qui ne sont plus détectables. Nous avons de plus conduit la même étude expérimentale et théorique sur les ions C nH+ et CnH-. Des résultats de calculs CNDO sont aussi présentés pour Cn et C nH qui, dans l'ensemble, confirment les résultats Hückel.

Mots clés: carbon; germanium; mass spectra; molecular orbitals calculations; silicon

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M. Leleyter, P. Joyes. Étude expérimentale et théorique de l'émission secondaire d'ions moléculaires. Cas des éléments du groupe IV-B. Journal de Physique, 1975, 36 (5), pp.343-355. ⟨10.1051/jphys:01975003605034300⟩. ⟨jpa-00208260⟩