Гальваномагнитные явления в облученном пироуглероде

• Автор: Андрейчук, Владимир Петрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 139 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
"ЛАВА1. Магнитосопротивление и эффект Холла в дефектных углеродных материалах
1.1 Модели электронного строения
неупорядоченных графнтоподобных углеродов
1.2 Существующие теории отрицательного магнитосопротивления
1.3 Эффект Холла в неупорядоченных углеродных материалах
1.4 Действие облучения на углеродные материалы
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ГЛАВА 2. Экспериментальные результаты
2.1 Методика приготовления образцов и проведения гальваномагнитных экспериментов
2.2 Описание результатов гальваномагнитных экспериментов
2.3 Рентгеновские фотоэлектронные спектры
ГЛАВА 3. Обсуждение экспериментальных данных
3.1 Анализ температурной зависимости коэффициента Холла
3.2 О механизме ОМС облучённого пироуглерода по данным полевых зависимостей магнитосопротивления
3.3 Влияние облучения на электронную структуру
пироуглеродов с разной степенью совершенства
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Углеграфитовые материалы обладают рядом уникальных физических свойств. Это в первую очередь высокая термическая стойкость и механическая прочность, низкий коэффициент термического расширения, малое сечение поглощения нейтронов, химическая стойкость в агрессивной среде. Добавим сюда способность графита замедлять нейтроны. Наличие таких свойств позволяет широко использовать искусственные углеродные материалы и графит при создании элементов ядерных реакторов. В процессе работы реактора образуются интенсивные нейтронные потоки, под влиянием которых происходят нарушения кристаллической структуры графита, ведущие к изменениям многих его физических свойств. Практика создания и эксплуатации ядерных реакторов показала, что необходим тщательный учет изменения физических свойств используемых материалов (в том числе и графита) под действием облучения. Графит имеет уникальное электронное строение и относится к классу полуметаллов, он обладает хорошей, сильно анизотропной электропроводностью. Электротехнические характеристики углеграфитовых материалов широко используются в технике. Однако радиационное воздействие (в том числе и нейтронные потоки) существенно модифицируют электронные свойства графита.
Кроме прикладного значения исследование процессов радиационного повреждения графита имеет и научный интерес. Радиационное облучение представляет собой один из доступных способов контролируемого воздействия на объекты, позволяющий создавать дозированное количество дефектов в них и, тем самым, вызывать то или иное изменение их свойств. Исследование радиационных дефектов существенно для развития теории реального кристалла, поскольку позволяет более глубоко понять свойства реальных твердых тел. По этой причине на протяжении многих лет наблюдается устойчивый интерес многих исследователей к проблеме радиационного повре-

ждения графита и материалов на его основе. Он связан как с решением чисто практических задач ( безопасность работы ядерных реакторов, получение новых материалов с заданными свойствами ), так и с выяснением физической природы экспериментально наблюдаемых явлений.
К настоящему времени в обозначенном направлении исследований, несмотря на большое количество экспериментальных результатов, ряд важных как в научном, так и в прикладном значении вопросов изучен недостаточно полно. Не до конца исследован вопрос о роли, которую играют собственные дефекты структуры в процессе радиационного дефектообразования в углеродных материалах. Зная о многоплановости этой проблемы, выделим в ней часть, связанную с влиянием собственных и внесённых дефектов на электрофизические свойства искусственных графитов. Обсуждению этой проблемы и посвящена диссертация.
Объекты исследования.
Исследовалась серия образцов поликристаллического пиролитического углерода, полученных посредством осаждения метана на разогретую до 2100°С графитовую подложку, а затем дополнительно термообработанных при температурах 2300-3000°С в индукционной печи. Вся серия кроме того подвергалась нейтронному облучению в реакторе до флюэнса (8-9)х102<) 1/ем2 при температуре, не превышающей 100°С. Энергия облучающих нейтронов составляла 0,18 МэВ.
Пироуглерод и пирографит являются очень удобными модельными объектами, поскольку имеют графитоподобное строение и обладают собственной дефектностью, которую можно изменять подвергая материал дополнительной термообработке.
Цель работы - уточнение характера процессов, протекающих в электронной подсистеме облученных нейтронами пироуглеродов, а также определение концентрации и подвижности носителей тока, вносимых в систему электрически активными радиационными дефектами.

рассеяния носителей, т.е. учитывает вид зависимости т=т(Е). При различных механизмах рассеяния множитель а изменяется незначительно и принимает значения, лежащие в интервале 1 < а < 2 [73] . Из (25) следует, что при одном типе носителей тока знак коэффициента Холла связан со знаком заряда этого носителя. Если в полупроводнике одновременно присутствуют электроны и дырки, то постоянная Холла определяется выражением [74]:
где ае и Стр - электронная и дырочная проводимости п,р - концентрации электронов и дырок соответственно.
В сильном магнитном поле, удовлетворяющем условию рВ»1, постоянная Холла не зависит ни от механизма рассеяния носителей тока, ни от степени вырождения, ни от закона дисперсии и принимает вид [75]:
Поэтому определение концентрации носителей тока с помощью измерения коэффициента Холла в сильном магнитном поле имеет большие преимущества.
1.3.2 Коэффициент Холла в графите.
Эффект Холла в графите и углеродных материалах изучался многими исследователями. При этом было установлено, что коэффициент Холла зависит не только от температуры и магнитного поля, но также и от совершенства кристаллической структуры исследуемого материала, концентрации примеси в нем и давления, оказываемого на него.
(26)