О природе структурных и фазовых превращений, индуцированных ионной бомбардировкой в тонких пленках переходных металлов

• Автор: Мартынов, Иван Стефанович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 114 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Изучение явления ионно-индуцированных структурных превращений в тонких металлических пленках
1.2. Изучение природы фазовых превращений в тонких пленках металлов, вызванных облучением

1.3. Предполагаемый механизм структурно-фазовых превращений

1.4. Анализ экспериментальных условий и возможных погрешностей исследований

1.5. Выводы и задачи исследования

Глава 2. Экспериментальное оборудование и методики исследований

2.1. Конструкция и технические характеристики напылитель-ного стенда

2.2. Технологические особенности и режимы получения поли-и монокристаллических пленок никеля, железа и хрома
2.3. Анализ чистоты пленок и контроль исходной структуры
2.4. Характеристики использовавшихся облучательных устройств и режимов облучения
2.4.1. Экспериментальная установка «Скиф»
2.4.2. Электростатический ускоритель ЭСУ-2 МэВ
2.4.3. Ускорительная установка на энергию 200 кэВ
2.5. Аппаратура для электронографических и электронномикроскопических исследований исходных и облученных образцов
Глава 3. Исследование структурных изменений в моно- и поли-кристаллических пленках никеля при облучении ионами инертных и химически активных газов (>-+, О*)
3.1. Изучение структурных изменений в монокристаллических пленках № при облучении ионами Не+, и 0+
3.1.1. Облучение ионами Не+ различных энергий
3.1.2. Облучение ионами Не+ с энергией 20,100и150 кэВ
3.1.3. Не сепарированный пучок ионов. Облучение ионами Не+ с энергией 150 кэВ
3.1.4. Облучение монокристаллических пленок [001] N1 ионами >ГиО+с энергией 20 кэВ
3.2. Структурные изменения в поликристаллических пленках никеля при облучении ионами Не+, Аг+, Кг+, Хе+ и
ионами КГ, 0+
3.2.1. Облучение поликристаллических пленок никеля ионами гелия с энергией 100 кэВ

3.2.2. Облучение поликристаллических пленок никеля ионами гелия с энергией 20 кэВ
3.2.3. Облучение поликристаллических пленок никеля ионами тяжелых инертных газов
3.2.4. Облучение поликристаллических пленок никеля химически активными ионами йГ и 0+
Выводы
Глава 4. Структурные изменения в поликристаллических пленках Ре и Сг при облучении ионами инертных и химически активных газов
4.1. Влияние бомбардировки ионами инертных газов Не+, Ые+,
Аг+, Кг+, Хе+ на структуру поликристаллических пленок
Ре и Сг
4.1.1 Влияние облучения ионами гелия с энергией 100 и
20 кэВ на структуру пленок железа и хрома
4.1.2. Влияние бомбардировки ионами тяжелых инертных газов на структуру пленок Ре и Сг
4.2. Влияние облучения ионами М1-, 0+ на структурные изменения в пленках железа и хрома
4.2.1. Облучение пленок Бе ионами и 0+
4.2.2. Облучение пленок Сг ионами 14* и 0+
Выводы
Глава 5. Изменение микроструктуры пленок никеля при облучении ионами Не+ различных энергий
5.1. Влияние облучения Не+ с энергией 20 и 100 кэВ на микроструктуру поликристаллических пленок никеля
5.1.1. Изменение микроструктуры в пленках никеля после бомбардировки ионами гелия с энергией 20 кэВ
5.1.2. Влияние облучения ионами Не+ с энергией 100 кэВ на микроструктуру поликристаллических пленок никеля
5.2. Изменение микроструктуры моно- и поликристаллических пленок никеля при бомбардировке ионами НеГ Возникновение и развитие гелиевой пористости в пленках
5.2.1. Изменение микроструктуры и морфологии поверхности монокристаллических пленок никеля после бомбардировки ионами Не+
5.2.2. Изменение микроструктуры и морфологии поликристаллических пленок никеля при бомбардировке ионами гелия
Выводы
Заключение
Библиографический список

ВВЕДЕНИЕ
Тонкие металлические пленки занимают особое положение в физике твердого тела. Прикладной и научный интерес к тонким пленкам, которые нашли особенно широкое применение в микрооэлектронике и других направлениях новой техники обусловлен не только специфическими особенностями их физических свойств, но и возможностью изменения физических свойств в широких пределах путем вариации ионного облучения.
Облучение тонких пленок переходных металлов ионными пучками с энергиями ~ 10... 102 кэВ приводит к изменению их кристаллической структуры [1-8].
Это явление, получившее название ионно-индуцированных фазовых переходов, лежит в основе интенсивно развиваемых в настоящее время ион-но-имплантационных технологий для модификации свойств металлов [9, 10]. По своей природе оно тесно связано с эффектами радиационно-индуцированного зарождения и распада выделений вторых фаз в сплавах [11], изучение которых играет важную роль в решении проблемы радиационной стойкости конструкционных материалов [12]. В фундаментальном аспекте изучение этого явления представляет значительный интерес, так как позволяет пролить свет на некоторые еще недостаточно изученные свойства кристаллической решетки металлов, поэтому ионно-индуцированные фазовые превращения служат объектом интенсивных исследований в течение более четырех десятилетий.
Начало исследованиям этого явления было положено в 1956 г. сообщением Дж. Триллата (I ТгШаф и др. [2], которые наблюдали изменение структуры пленки № в процессе облучения несепарированным пучком ионов воздуха и трактовали этот эффект как фазовый переход кубического никеля в гексагональный. В дальнейшем было показано, что фазовые превращения под действием ионной бомбардировки характерны для переходных металлов.
Природа этого явления в течение почти сорока лет считалась твердо установленной: фазовые превращения при ионной бомбардировке представ-
этому в данной работе особое внимание было уделено как раз методике приготовления высокочистых объектов-мишеней из сконденсированных пленок. Отработка технологии получения высокочистых металлических пленок требовала выполнения следующих этапов:
1. Изготовления высокочистой навески металла оптимального размера (для данного электронно-лучевого испарителя) и дополнительной ее очистки от примесей [74 - 77].
2. Отработки режимов: скорости конденсации, температуры подложек и температуры растущего слоя конденсата [47] и т.п. - всего шесть различных факторов, оказывающих влияние на характер эпитаксии.
3. Выбора и приготовления подложек для конденсации поликристал-лических и монокристаллических пленок металлов.
В результате проведенных исследований были найдены следующие режимы получения пленок. Монокристаллические пленки никеля конденсировали на подложки скола (001) NaCl при Т = 500±10 К, скорость конденсации « 0,4 нм/сек, давление в процессе испарения и конденсации пленок в криогенно-испарительной камере составляло и 2 ... 3-10"7 Па. Аналогичные режимы были для монокристаллических пленок железа и хрома, сконденсированных на сколах монокристалла NaCl. Очень важно было контролировать не только суммарное давление остаточных газов в камере, но и их состав. На рис. 4 показан типичный масс-спектр остаточных газов в процессе конденсации монокристаллических пленок никеля.
Поликристаллические нетекстурированяые пленки никеля, железа и хрома конденсировали на подложках, изготовленные из монокристалла NaCl или КС1. Подложки-сколы (толщиной 1-1,5 мм) предварительно протравливали в 50% растворе этилового спирта - таким образом на поверхности подложек создавали аморфно-изотропный слой NaCl или КС1 толщиной ~ 3-4 мкм. Препарированные подложки вкладывали в прогреваемый держатель и обезгаживали в камере с контролем температуры ±10 К.