Исследование эффекта дальнодействия при малых дозах ионного и малых мощностях светового облучений

• Автор: Азов, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 113 с. : ил.

Оглавление:

Глава 1. Обзор литературных данных:

1.1. Разновидности эффектов дальнодействия

1.2. Эффект дальнодействия при ионной имплантации в режиме высоких доз (высокодозный эффект дальнодействия)
1.3. Эффект дальнодействия при ионной имплантации в режиме малых доз (ма-лодозный эффект дальнодействия)

1.4. Эффект дальнодействия при плазменной обработке поверхностей

1.5. Влияние фотонного облучения на свойства металлов и сплавов

1.6. Модели, предложенные для объяснения проявлений эффектов дальнодействия

Постановка задач

Глава 2. Эффект дальнодействия при ионной бомбардировке в режиме малых доз

2.1. Проверка возможного влияния радиационного нагрева
2.2. Влияние пострадиационных отжигов
2.3. Влияние предварительной термической обработки на МЭД
2.4. МЭД при облучении стопок фольг
2.5. Изменение элементного состава металлов как проявление малодозного эффекта дальнодействия
Глава 3. Эффект дальнодействия при маломощном фотонном облучении металлических фольг - эффект фотомеханической памяти металлов (ФПМ)
3.1. Выяснение возможной роли термического нагрева
3.2. Основные закономерности влияния слабых фотонных потоков на микротвердость металлических фольг
3.3. ФПМ для случая облучения стопок фольг
Глава 4. Модели дальнодействующего влияния при малодозном ионном и маломощном фотонном облучениях
4.1. Модельные представления МЭД
4.2. Качественная модель влияния фотонного облучения
Заключение
Выводы
Список цитируемой литературы
Список публикаций по теме диссертации
Актуальность темы
Эффект дальнодействия (ЭД) заключается в изменении структуры и свойств твердых тел на глубинах, значительно превышающих область первичного выделения энергии, при взаимодействии энергетических (корпускулярных) потоков с поверхностью твердых тел.
Первоначально эффект был связан с проблемами ионной имплантации. Он оказался настолько сложным и многогранным, что будучи обнаруженным в 60-ых годах 20 века, до сих пор продолжает открывать все новые «грани», которые зачастую заставляют по-новому взглянуть на эффект в целом.
Ионная имплантация уже давно применяется не только в полупроводниковых технологиях, но и как метод модификации структуры и свойств различных, в том числе, металлических материалов. Существенным недостатком ионной имплантации, с точки зрения имплантационной металлургии, является малая глубина проникновения ионов (толщина модифицированного слоя), что ограничивает широкое применение метода. Тот факт, что при ионной имплантации имеет место ЭД, до некоторой степени снимает эту проблему. Особый интерес представляет область малых доз, позволяющая существенно сократить время обработки и исключить эффекты, связанные с нагревом и деградацией поверхности. ЭД при малых дозах - малодозному эффекту дальнодействия (МЭД) было посвящено довольно большое количество работ, однако для установления его природы требовались дополнительные исследования.
Впоследствии, по мере исследований процессов, протекающих при различных видах обработки поверхностей твердых тел (таких как ионно-лучевая, лазерная, химическая, электрохимическая, механическая и др.), сопровождающихся перемещением и взаимодействием различного типа дефектов, дальнодействующие изменения структуры и свойств обнаруживались практически при всех видах воздействия (если подобрать определенные условия обработки). Данное обстоятельство в перспективе позволяет связать между собой и обобщить на первый взгляд совершенно разные явления. Чтобы разобраться в природе этих явлений целесообразно в качестве модельного использовать такой вид энергетического воздействия, который позволял бы по возможности исключить из рассмотрения побочные факторы, имитирующие эффект, и в то же время сохранял бы наиболее важные факторы внешних воздействий, такие как вложенная энергия, скорость ее введения (интенсивность). Одним из наиболее подходящих видов воздействия, удовлетворяющим этим требованиям, служит в принципе облучение слабыми (не вызывающими

существенного нагрева) фотонньми потоками, например, светом. Использование световых потоков, будучи чрезвычайно простым и контролируемым способом для практической реализации, позволяет за разумное время достаточно всесторонне изучить закономерности влияния различных факторов. Однако, к началу выполнения работы не было сведений о дальнодействуклцем влиянии слабых световых потоков на твердые тела, в т.ч. на металлы. Опубликованные результаты по влиянию света на свойства твердых тел относились либо к мощным импульсным воздействиям (облучение лазерными пучками, вызывающее ударные волны), либо к изменению свойств материала непосредственно во время воздействия и (или) в области поглощения света («фотопластический» и «фотомеханический» эффекты). Таким образом, тема работы является актуальной.
Цель работы
Экспериментальное получение дополнительной информации о закономерностях малодозного эффекта дальнодействия при ионном облучении, установление и изучение закономерностей дальнодействующего влияния облучения светом на микротвердость металлов.
Научная новизна работы
1. Получены новые данные об особенностях малодозного эффекта дальнодействия при ионном облучении: показано, что результаты не могут быть следствием побочных факторов; установлены новые особенности эффекта для стопок фольг, изучено влияние предварительных и пострадиационных отжигов, установлены структурные изменения, обусловленные эффектом дальнодействия.
2. Впервые установлено явление сверхглубокого проникновения атомов имплантированной примеси (В, Р) и атомов отдачи (А1), а также изменение соотношения компонентов сплава на обратной стороне фольги при малодозном ионном облучении.
3. Впервые обнаружено дальнодействующее влияние маломощного фотонного облучения на микротвердость металлических фольг (эффект фотомеханической памяти металлов) и изучены закономерности эффекта.
Практическая значимость работы
Продемонстрирована возможность целенаправленного изменения свойств металлических фольг путем облучения светом. Полученные результаты в области малодозного эффекта дальнодействия могут быть использованы при экспрессной модификации свойств металлов ионными пучками.

-196°С приводит к возрастанию Я, как и облучение при комнатной температуре, но в меньшей степени (степень изменений при облучении зависит от температуры). В случае облучения при пониженных температурах эффект слабее выражен вследствие того, что энергия возбуждения недостаточна для перестройки некоторой доли дефектов, обладающих относительно высокой, по сравнению с остальной долей энергией активации превращения. При температуре облучения 300°С максимальная перестройка системы дефектов достигается уже за счет нагрева, так что для дополнительного действия радиационного фактора не остается резерва.
2.3. Влияние предварительной термической обработки на МЭД
Как указано в гл. 1, МЭД объясняется в литературе дальнодействующим влиянием ионного облучения на дефектную структуру материала. Поэтому для проверки интересно было выяснить, повлияет ли и каким образом, целенаправленное изменение исходной дефектности материала на результаты облучения.
Выше было установлено, что при МЭД положения максимумов на дозовой зависимости и положение порога на энергетической зависимости микротвердости являются универсальными параметрами МЭД [30, 31]. Однако, исследования влияния исходного состояния образца на данные параметры эффекта не проводились. Мы исследовали влияние предварительного отжига на положения максимумов дозовой зависимости и положение энергетического порога при МЭД. Сравнивались действия облучения на Я противоположной стороны для трех видов фольг пермаллоя: исходной и отожженной при 200°С и 480°С (рис.2.5, 2.6 и 2.7). Как следует из данных рис.2.2, эти температуры находятся по разные стороны от температуры максимального возрастания Я при отжиге (необлученной фольги). Видно, что положения максимума прироста Я на шкале доз для всех трех фольг одинаковы, т.е. это положение практически не зависит от исходного состояния металла. Эти результаты обсуждаются в гл.4.
Одной из наиболее интригующих особенностей МЭД является наличие порога по энергии Е ионов. Ранее было установлено (см., например, [7]), что порог не только не зависит (в пределах ±5 кэВ) от условий облучения, использованных в эксперименте, но и почти одинаков для всех исследованных материалов (пермаллой-79, Си, А1, Та, аморфный сплав на основе Ее), хотя степень резкости порога и высота «ступеньки» (т.е. величина скачка АН/Н при переходе через порог) разная для разных материалов. Однако, сохранялась вероятность, что идентичность порогов обусловлена случайным совпадением степени структурного совершенства различных материалов. Поэтому пред