И. в. наиболее широко используется при введении примесей в полупроводниковые монокристаллы для создания требуемой примесной электропроводности полупроводника . Следующий за этим отжиг проводится для уничтожения образовавшихся дефектов в кристалле , а также для того, чтобы внедрённые ионы заняли определённые места в узлах кристаллической решётки. И. в. позволяет вводить в разные полупроводниковые материалы точно дозированные количества почти любых химических элементов. При этом можно управлять распределением внедрённых ионов по глубине путём изменения энергии ионов, интенсивности и направления ионного пучка относительно кристаллографических осей. И. в. позволяет создать в полупроводниковом кристалле электронно-дырочный переход на малой глубине, что увеличивает, например, предельную частоту транзисторов .
Лит.:Мейер Дж., Эриксон А., Девис Дж., Ионное легирование полупроводников (кремний, германий), пер. с англ., М., [в печати]; Легирование полупроводников ионным внедрением, пер. с англ., М., 1971.
Ю. В. Мартыненко.
Ионное произведение воды
Ио'нное произведе'ние воды',произведение концентраций (точнее активностей) ионов водорода Н +и ионов гидроксила OH -в воде или в водных растворах: K B= [Н +] [ОН -]. См. Водородный показатель .
Ионно-сорбционный насос
Ио'нно-сорбцио'нный насо'с, вакуумный насос , в котором химически активные газы удаляются за счёт сорбции их геттерами , а инертные газы - в результате интенсивной ионизации в виде ионов под действием электрического поля. С помощью И.-с. н. достигают разрежения 10 -7 н/ м 2(10 -9 мм рт. ст.).
Ионно-электронная эмиссия
Ио'нно-электро'нная эми'ссия,испускание электронов поверхностью твёрдого тела в вакуум под действием ионной бомбардировки. Явление И.-э. э. используется в электронных умножителях , электронных микроскопах , а также при изучении физики плазмы , структуры твёрдых тел и дефектов этой структуры.
Лит.см. при ст. Электронная эмиссия .
Ионные кристаллы
Ио'нные криста'ллы,кристаллы, в которых сцепление частиц обусловлено преимущественно ионными химическими связями (см. Ионная связь ). И. к. могут состоять как из одноатомных, так и из многоатомных ионов. Примеры И. к. первого типа - кристаллы галогенидов щелочных и щёлочноземельных металлов, образованные положительно заряженными ионами металла и отрицательно заряженными ионами галогена (NaCl, CsCl, CaF 2, см. рис. ). Примеры И. к. второго типа - нитраты, сульфаты, фосфаты, силикаты и др. соли этих же металлов, где отрицательные ионы кислотных остатков состоят из нескольких атомов. Кислотные остатки могут объединяться в длинные цепи, слои, а также образовывать трёхмерный каркас, в пустотах которого размещаются ионы металла. Такие образования встречаются, например, в кристаллических структурах силикатов (см. также Кристаллохимия ).
П. М. Зоркий.
Строение некоторых ионных кристаллов.
Ионные приборы
Ио'нные прибо'ры,газоразрядные приборы, электровакуумные приборы , действие которых основано на использовании различных видов электрических разрядов в газе (инертных газах, водороде) или парах металла. Простейший И. п. представляет собой диод , баллон которого наполнен инертным газом или парами ртути. Свойства И. п. определяются взаимодействием электронного потока с газовой средой и электрическим полем между электродами (анодом и термоэлектронным или холодным катодом). При движении от катода к аноду электроны, соударяясь с атомами и молекулами газа, ионизируют их; в пространстве между электродами И. п. образуются электроны и положительно заряженные ионы. Вследствие компенсации пространственного заряда электронов положительными ионами в И. п. можно получить очень большие силы токов при небольшой разности потенциалов (падении напряжения) между электродами, что недостижимо в других типах электровакуумных приборов. Для управления моментом возникновения разряда в И. п. применяют дополнительные электроды (сетки, вспомогательные аноды и др.). Электрические разряды в большинстве случаев сопровождаются излучением света (свечением), характерного для данного газа спектрального состава. Насчитывается более 50 классов И. п., работа которых основана на использовании отдельных свойств того или иного вида разряда, главным образом тлеющего разряда , дугового разряда , искрового разряда , коронного разряда .
Приборы тлеющего разряда ( сигнальные лампы , стабилитроны , тиратроны с холодным катодом, декатроны , цифровые индикаторные лампы , матричные индикаторные панели и др.) составляют наиболее многочисленную и важную группу И. п. Давление газа в них - десятки н/ м 2, сила тока не превышает несколько десятков ма; долговечность - десятки тыс. часов. Они имеют малые габариты и массу. Однако быстродействие таких приборов не превышает сотен мксек(рабочая частота - десятков кгц).
В приборах дугового разряда, главным образом с подогревным катодом, давление газа составляет десятые доли н/ м 2. Такие приборы ( газотроны , тиратроны, клипперные приборы , таситроны и др.) имеют низкое внутреннее сопротивление (десятки ом), падение напряжения в них 10-20 в(в импульсном режиме - 100-200 в). Долговечность их ограничена постепенным разрушением катода и понижением давления (жестчением) наполняющего газа. Для увеличения долговечности приборов используют жидкий ртутный катод ( ртутные вентили , игнитроны ). Приборы с таким катодом способны пропускать ток силой до нескольких тыс. ампер и выдерживать обратное напряжение до сотен кв.Известны приборы дугового разряда с самоподогревающимся катодом - аркатроны.
В приборах искрового разряда при подаче между двумя металлическими холодными электродами напряжения, превышающего определённое значение (напряжение пробоя), возникает электрическая искра в виде ярко светящегося тонкого канала, обычно сложным образом изогнутого и разветвленного. Давление газа в них десятки или несколько сотен кн/ м 2. Часто применяются смеси инертных газов с кислородом, углекислым газом и т. п. Время формирования искрового разряда очень мало - доли нсек. Свойство разрядного промежутка почти мгновенно изменять свою электропроводность в значительных пределах (электрическое сопротивление промежутка изменяется от долей омадо сотен Мом) используется в искровых разрядниках - неуправляемых и управляемых ( тригатронах).
В приборах коронного разряда (стабилитронах и др.) ионизация газа происходит в области наибольшей напряжённости поля (область коронирования) при необходимом условии - резкой неоднородности электрического поля между двумя электродами (например, при коаксиальной форме электродов). Давление газа в них - сотни н/ м 2и выше. Зависимость силы тока от напряжения, приложенного к электродам, представляет собой прямую, почти параллельную оси токов.
Отдельную группу И. п. составляют: газоразрядные источники света , большинство из которых - приборы дугового разряда, работающие при высоком давлении газа (несколько сотен кн/ м 2); лампы высокой интенсивности излучения; эритемная лампа, дающая сильное ультрафиолетовое излучение; газовые лазеры (атомарные, ионные, молекулярные), являющиеся источниками когерентных электромагнитных колебаний светового диапазона волн, и т. д.
Известна также отдельная группа И. п. (аттенюаторы, фазовращатели , разрядники и др.), работа которых основана па взаимодействии сверхвысокочастотного поля и ионизированной области газа. О применении И. п. с различными видами разрядов см. в соответствующих статьях по конкретным классам И. п.
Лит.:Капцов Н. А., Электрические явления в газах и вакууме, 2 изд., М.-Л., 1950; Власов В. Ф., Электронные и ионные приборы, 3 изд., М., 1960; Генис А. А., Горнштейн И. Л., Пугач А. В., Приборы тлеющего разряда, К., 1963; Черепанов В. П., Коневских В. М., Львов В. Н., Газоразрядные источники шумов, [М.], 1968; Нил Д. М., Конструирование аппаратуры на ионных приборах с холодным катодом, пер. с англ., М., 1968; Черепанов В. П., Григорьев О. П., Вакуумные и газоразрядные вентили, М., 1969.
Н. Г. Кашников.
Ионные радиусы
Ио'нные ра'диусы,условные характеристики ионов, используемые для приблизительной оценки межъядерных расстояний в ионных кристаллах . Значения И. р. закономерно связаны с положением элементов в периодической системе Менделеева. И. р. широко используются в кристаллохимии , позволяя выявить закономерности строения кристаллов разных соединений, в геохимии при изучении явления замещения ионов в геохимических процессах и др.
Предложено несколько систем значений И. р. В основе этих систем обычно лежит следующее наблюдение: разность межъядерных расстояний А - Х и В - Х в ионных кристаллах состава АХ и ВХ, где А и В - металл, Х - неметалл, практически не меняется при замене Х на аналогичный ему другой неметалл (например, при замене хлора на бром), если координационные числа аналогичных ионов в сравниваемых солях одинаковы. Отсюда вытекает, что И. р. обладают свойством аддитивности, т. е. что экспериментально определяемые межъядерные расстояния можно рассматривать как сумму соответствующих «радиусов» ионов. Разделение этой суммы на слагаемые всегда базируется на более или менее произвольных допущениях. Системы И. р., предложенные разными авторами, отличаются главным образом использованием различных исходных допущений.
В таблицах приводят И. р., отвечающие разным значениям окислительного числа (см.
Валентность
). При значениях его, отличных от +1, окислительное число не соответствует реальной степени ионизации атомов, и И. р. приобретают ещё более условный смысл, так как связь может иметь в значительной мере ковалентный характер. Значения И. р. (в
) для некоторых элементов (по Н. В. Белову и Г. Б. Бокию): F
-1,33, Cl
-1,81, Br
-1,96, I
-2,20, O
2-1,36, Li
+0,68, Na
-0,98, К
+1,33, Rb
+1,49, Cs
+1,65, Be
2+0,34, Mg
2+0,74, Ca
2+1,04, Sr
2+1,20, Ba
2+1,38, Sc
3+0,83, Y
3+0,97, La
3+1,04.
В. Л. Киреев.
Ионный источник
Ио'нный исто'чник,устройство для получения направленных потоков (пучков) ионов. И. и. является важной частью ускорителей заряженных частиц , масс-спектрометров , ионных микроскопов , электромагнитных разделителей изотопов (см. Изотопов разделение ) и многих др. устройств.
Ионный лазер
Ио'нный ла'зер,один из видов газового лазера .
Ионный микроскоп
Ио'нный микроско'п,прибор, в котором для получения изображений применяется пучок ионов, создаваемый термоионным или газоразрядным ионным источником. По принципу действия И. м. аналогичен электронному микроскопу . Проходя через объект и испытывая в различных его участках рассеяние и поглощение, ионный пучок фокусируется системой электростатических или магнитных линз и даёт на экране или фотослое увеличенное изображение объекта (см. Электронная и ионная оптика ).
Создано лишь несколько опытных образцов И. м. Работы по его усовершенствованию стимулируются тем, что он должен обладать более высокой
разрешающей способностью
по сравнению с электронным микроскопом. Длина
волны де Бройля
для ионов значительно меньше, чем для электронов (при одинаковом ускоряющем напряжении), вследствие чего в И. м. очень малы эффекты дифракции, которые в электронном микроскопе ограничивают его разрешающую способность. Другие преимущества И. м. - меньшее влияние изменения массы ионов при больших ускоряющих напряжениях и лучшая контрастность изображения. Расчёты показывают, что, например, контрастность изображения органических плёнок толщиной в 50
, вызванная рассеянием протонов, в несколько раз должна превышать контрастность, вызванную рассеянием электронов.
К недостаткам И. м. относятся заметная потеря энергии ионов даже при прохождении через очень тонкие объекты, что вызывает разрушение объектов, большая хроматическая аберрация (см. Электронные линзы ), разрушение люминофора экрана ионами и слабое фотографическое действие. Эти недостатки привели к тому, что, несмотря на перечисленные выше преимущества И. м. по сравнению с электронным, он не нашёл пока практического применения. Значительно более эффективным оказался И. м. без линз - ионный проектор .
Лит.:The proceedings of the 3d International conference on electron microscopy, L., 1956, p. 220-99.
Ю. М. Кушнир.
Ионный насос
Ио'нный насо'с, вакуумный насос , в котором откачиваемый газ подвергается интенсивной ионизации, а образующиеся положительно заряженные ионы удаляются под действием электрического поля. С помощью И. н. создают разрежение 10 -4 н/ м 2(10 -6 мм рт. ст.).
Ионный обмен
Ио'нный
обме'н,обмен ионов в растворах электролитов (гомогенный И. о.). При смешении разбавленных растворов электролитов, например NaCl и KNO
3в смеси присутствуют ионы Na
+, К
+, NO
3
-и Cl
-. Равновесное состояние выразится в этом случае уравнением:
(реакция двойного обмена). Если одно из веществ, могущих получиться при взаимодействии, диссоциировано меньше других, равновесие сдвигается в сторону образования малодиссоциированного вещества. Равновесие сдвигается также в сторону образования летучего или малорастворимого продукта (если он выделяется из данной фазы) по реакциям:
При выпаривании равновесного раствора прежде всего начинается кристаллизация соли (комбинации ионов), обладающей меньшей растворимостью. Избирательность кристаллизации может быть вызвана также добавлением органических растворителей (спирт, ацетон, диоксан и т. п.).
При гетерогенном И. о. (ионообменная сорбция) обмен происходит между ионами, находящимися в растворе, и ионами, присутствующими на поверхности твёрдой фазы - ионита. При соприкосновении ионита, насыщенного одним ионом, например Н +, с раствором, содержащим другие ионы, например Na +и Ca 2+, происходит обмен ионов между раствором и ионитом: в растворе уменьшаются концентрации Na +и Ca 2+и появляется эквивалентное количество ионов Н +.
Гетерогенный И. о. имеет место при сорбции из растворов электролитов на некоторых минералах (алюмосиликатах, гидратах окисей металлов, цеолитах ), в клетках и мембранах живых организмов и в синтетических ионообменных сорбентах. Гетерогенный И. о. широко применяется для обессоливания воды, идущей для питания котлов паром высоких параметров, в гидрометаллургии, в химической и фармацевтической промышленности (см. Иониты ).
К. В. Чмутов.
Ионный проектор
Ио'нный прое'ктор,автоионный микроскоп, безлинзовый ионно-оптический прибор для получения увеличенного в несколько миллионов раз изображения поверхности твёрдого тела. С помощью И. п. можно различать детали поверхности, разделённые расстояниями порядка 2-3
, что даёт возможность наблюдать расположение отдельных атомов в кристаллической решётке. И. п. изобретён в 1951 немецким учёным Э. Мюллером, который ранее создал
электронный проектор
.
Принципиальная схема И. и. показана на рис. 1. Положительным электродом и одновременно объектом, поверхность которого изображается на экране, служит остриё тонкой иглы. Атомы (или молекулы) газа, заполняющего внутренний объём прибора, ионизуются в сильном электрическом поле вблизи поверхности острия, отдавая ему свои электроны. Возникшие положительные ионы приобретают под действием поля радиальное (перпендикулярное поверхности острия) ускорение, устремляются к флуоресцирующему экрану (потенциал которого отрицателен) и бомбардируют его. Свечение каждого элемента экрана пропорционально плотности приходящего на него ионного тока. Поэтому распределение свечения на экране воспроизводит в увеличенном масштабе распределение плотности возникновения ионов вблизи острия. Масштаб увеличения mравен отношению радиуса экрана Rк радиусу кривизны острия r, m= R/ r(чем тоньше остриё, тем больше увеличение).
Вероятность прямой ионизации газа в электрическом поле оказывается значительной, если на расстояниях порядка размеров атома (молекулы) газа создаётся падение потенциала порядка
ионизационного потенциала
этой частицы. Напряжённость такого поля чрезвычайно велика - от 2 до 6
в/
, т. е. (2-6)Ч10
8
в/
см. Столь сильное поле легко создать у поверхности острия (на удалении 5-10
от неё) при достаточно малом радиусе кривизны поверхности - от 100 до 1000
. Именно этим (наряду со стремлением к большим увеличениям) обусловлено использование в И. п. образца в виде тонкого острия. Происходящий в И. п. процесс ионизации газа в сильном поле острия носит название автоионизации.
Вблизи острия электрическое поле неоднородно - над ступеньками кристаллической решётки или отдельными выступающими атомами его локальная напряжённость увеличивается: на таких участках вероятность автоионизации выше и количество ионов, образующихся в единицу времени, больше. На экране эти участки отображаются в виде ярких точек. Иными словами, образование контрастного изображения поверхности определяется наличием у неё локального микрорельефа. Ионный ток и, следовательно, яркость и контрастность изображения растут с повышением давления газа, которое в И. п., однако, обычно не превышает примерно 0,001 мм рт. ст.; при более высоком давлении начинается газовый разряд.
Разрешающая способность И. п. зависит главным образом от касательных (относительно поверхности острия) составляющих тепловых скоростей ионов и от напряжённости ноля у острия. В отличие от электронного проектора, в И. п. влияние дифракции на разрешающую способность относительно мало вследствие значительно большей (по сравнению с электронами) массы ионов. Далее, разрешение И. п. существенно зависит от поляризуемости a атомов (или молекул) рабочего газа; наиболее пригодны для использования в И. п. газы с малой a (водород, гелий). Большинство частиц газа достигает поверхности острия, не претерпев ионизации. При обычных температурах они затем покидают её, обладая значительными касательными составляющими скорости. При охлаждении острия до температуры жидкого водорода или азота (20-78 К) неионизованные молекулы на некоторое время «прилипают» к нему, теряя свою кинетическую энергию. Их ионизация происходит после испарения с острия (для гелия на расстоянии » 5
от него; локальное распределение поля на таком удалении от поверхности достаточно хорошо выявляет атомную структуру острия, см.
рис. 2
).
И. п. широко применяется для исследования атомной структуры чистых металлов и различных сплавов и её связи с их механическими свойствами; всевозможных дефектов в кристаллах , в частности дислокаций и повреждений, вызванных радиоактивным облучением; влияния способов обработки, например пластических деформаций, на свойства материалов. С его помощью изучают процессы коррозии , адсорбции и десорбции , свойства тонких пленок, осаждённых на поверхности металлов. Сопоставление результатов исследований в электронном проекторе и в И. п. позволяет получить значительную информацию об электронных свойствах металлов, сплавов и плёночных систем, чрезвычайно важную в современной электронике. Ведутся работы, ставящие целью изучение с помощью И. п. структуры биологических молекул.
Лит.:Мюллер Э., Автоионная микроскопия, «Успехи физических наук», 1967, т. 92, в, 2, с. 293; Автоионная микроскопия, пер. с англ., М., 1971.
Рис. 1. Схема ионного проектора: 1 - жидкий водород; 2 - жидкий азот; 3 - остриё; 4 - проводящее кольцо; 5 - экран.
Рис. 2a. Изображения поверхности вольфрамового острия радиусом 950 Е при увеличении в 10 6раз в электронном проекторе (а). На изображении можно видеть только структуру кристаллических плоскостей.
Рис. 2б. Изображения поверхности вольфрамового острия радиусом 950 Е при увеличении в 10 6раз в гелиевом ионном проекторе (б) при температуре 22 К. С помощью ионного проектора за счёт разрешения отдельных атомов (светлые точки на кольцах) можно различить бисерно-цепочечную структуру ступеней кристалической решётки.
Ионный ракетный двигатель
Ио'нный раке'тный дви'гатель,то же, что электростатический ракетный двигатель .
Ионный электропривод
Ио'нный электропри'вод,привод, состоящий из электродвигателя и ионного преобразователя, управляющего режимами работы двигателя. Изменяя подводимое к двигателю напряжение, можно менять частоту его вращения и тем самым регулировать режим работы электропривода. Напряжение может изменяться дискретно (ступенчатое регулирование) при переключении отводов согласующего трансформатора Т ( рис.) или плавно при изменении угла регулирования вентилей преобразователя, пропускающих ток от сети U 1к электродвигателю Д. Управляющее напряжение на вентили подаётся устройством управления СУ. В качестве вентилей в И. э. малой и средней мощности обычно применяют тиратроны , а в мощных - игнитроны и экситроны .
Различают И. э. постоянного и переменного тока. В первом случае ток через преобразователь подаётся в обмотки якоря или возбуждения двигателя постоянного тока; во втором - обмотки статора или ротора асинхронного или синхронного электродвигателя. Преобразователь И. э. постоянного тока выполняется в виде выпрямителя по мостовой схеме или с нулевым выводом. Преобразователь И. э. переменного тока представляет собой преобразователь частоты, собранный по схеме «выпрямитель - инвертор» или по схеме с непосредственной связью. И. э. бывает реверсивным, т. е. допускающим изменение направления вращения двигателя, и нереверсивным. Для реверсирования обычно применяют переключающее устройство, которым в И. э. постоянного тока могут быть, например, силовой механический реверсор или дополнительный комплект вентилей; в И. э. переменного тока - изменением чередования фаз в СУ. И. э. применяется в прокатных станах, подъёмниках, мощных вентиляторах, станках, на ж.-д. подвижном составе. С 1960 в устройствах средней мощности И. э. заменяются электроприводами с полупроводниковыми преобразователями.
Лит.:Бутаев Ф. И., Эттингер Е. Л., Вентильный электропривод, М.-Л.,1951; Чиликин М. Г., Общий курс электропривода, 4 изд., М.-Л., 1965.
Ю. М. Иньков.
Схема ионного электропривода с двигателем постоянного тока: U 1- напряжение питающей сети; Т - трансформатор; ИП - ионный преобразователь; Д - двигатель; БЗ - блок защиты; СУ - система управления.
Ионогальванизация
Ионогальваниза'ция,физиотерапевтический метод лечения; то же, что электрофорез лекарственный .
Ионол
Ионо'л,4-метил-2,6-ди-трет-бутил-фенол, (CH 3)(C 4H 9) 2C 6H 2OH. Технический И. - порошок жёлтого цвета, t пл69-70 °С; применяется как антиокислитель в производстве пищевых продуктов, смазочных масел, каучуков и др.
Ионолюминесценция
Ионолюминесце'нция,люминесценция, возбуждаемая при бомбардировке люминофора ионами. Подробнее см. Люминесценция .
Иононы
Ионо'ны,ненасыщенные кетоны циклогексенового ряда с приятным однотипным запахом. И. - высококипящие бесцветные жидкости, хорошо растворимые в спирте. К И. относят собственно ионон и его гомологи: метилионон, изометилионон и ирон. Для И. известно несколько изомеров, из которых наиболее нежным и тонким запахом обладают a-изомеры. Ионон в разбавленных растворах имеет запах цветов фиалки, метил- и изометилиононы - запах фиалки с оттенком ириса, ирон - запах ириса с оттенком фиалки.
Ионон содержится в некоторых плодах и эфирных маслах, метил- и изометилиононы в природе не найдены, ирон - главная составная часть (60-80%) ирисового эфирного масла , извлекаемого из корней ириса.