Лазерно-индуцированные физико-химические процессы и осаждение элементов из паров металлоорганических соединений

• Автор: Муленко, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Киев
• Количество страниц: 264 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1 .Физические принципы, положенные в основу стимулирования физико-химических процессов лазерным излучением
2.Обоснование применения лазерного излучения для управления физико-химическими процессами

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ И

МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1 .Лазеры, применяемые для воздействия на вещество и для детектирования молекул

2.Осаждение элементов на поверхность твёрдого тела под действием лазерного излучения
3.Лазерное инициирование твёрдофазных реакций
ГЛАВА III. СТИМУЛИРОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИМПУЛЬСНОГО И НЕПРЕРЫВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С02-ЛАЗЕРА НА МОЛЕКУЛЫ СЕ31 И ВС
1 .Фотохимический механизм диссоциации молекул СБ31 в поле ТЕА С02-лазера
2.Удаление примесей из ВС13 методом лазерной термохимии
ГЛАВА IV. ОСАЖДЕНИЕ ПЛЁНОК ИЗ ПАРОВ КАРБОНИЛОВ ПЕРЕХОДНЫХ МЕТАЛЛОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
1 .Осаждение атомов хрома (Сг) из паров карбонила хрома (Сг(СО)б) методом лазерной термохимии

2.Осаждение элементов из паров карбонила молибдена (Мо(СО)б) при их фотохимической диссоциации излучением эксимерного КлТ-лазера
3.Осаждение элементов из паров карбонила железа (Ге(СО)5) при их фотохимической диссоциации излучением эксимерного ЮТ- лазера и ионного Аг+ - лазера
ГЛАВА V. ЛАЗЕРНЫЙ СИНТЕЗ ТОНКИХ ПЛЁНОК И СЛОЁВ НА ПОВЕРХНОСТИ ТВЁРДОГО ТЕЛА ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
1. Осаждение плёнок с магнитными свойствами из паров карбонила железа под действием излучения Аг+- лазера и синтез высокотемпературной сверхпроводящей керамики Y-Ba-Cu-О под действием излучения непрерывного СОг- лазера
2.Осаждение полупроводниковых тонких плёнок из паров карбонила железа под действием излучения Аг+-лазера
3.Твёрдофазный синтез карбидосилицидов и силицидов железа под действием излучения импульсного YAG:
Nd+3- лазера на поверхность кремния с осаждёнными на
неё атомами из паров карбонила железа
4.Лазерный твёрдофазный синтез слоёв из силицидов железа с узкой запрещённой зоной и их применение
для сенсоров
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Одним из фундаментальных направлений современной физики и химии является направление, связанное с взаимодействием излучения с веществом. Создание когерентных источников излучения ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов излучения - лазеров позволило по-новому воздействовать на вещество в различных фазовых состояниях. Высокая спектральная яркость и монохроматичность лазерного излучения позволяет селективно воздействовать на определённые степени свободы атомов и молекул на микроуровне, что приводит к процессам диссоциации и ионизации, которые при воздействии других источников энергии идут существенно медленнее или вообще не идут. К процессам диссоциации в первую очередь следует отнести газофазные химические реакции, так как они непосредственно связаны с такими важными технологическими процессами как лазерное разделение изотопов, лазерная очистка веществ от микропримесей и лазерохимическое осаждение элементов. Классические методы разделения изотопов и очистки веществ от микропримесей не всегда приемлемы, ввиду идентичности теплофизических параметров изотопных молекул и молекул примеси по сравнению с молекулами основного вещества. Как известно [1], инфракрасные спектры поглощения одного и того же вещества, содержащего различные изотопы этого вещества, отличаются от спектров поглощения моноизотопного вещества. Поэтому, воздействуя на определённый сорт молекул лазерным излучением, можно их диссоциировать на более простые молекулы, а далее продукты диссоциации удалять с помощью химических ловушек или методом центрифугирования. Следует отметить, что процессы, связанные с лазерным разделением изотопов, например, обогащение урана до 3 % содержания изотопа 23зи [2], а также разделение изотопов углерода ,3С и |2С с обогащением смеси изотопом 13С до 80 % и ряда других изотопов с использованием лазерного излучения, осуществляются с существенно

излучения, то и значения скоростей возбуждения и диссоциации молекул лазерным излучением достигаются существенно большие, чем для ламповых источников излучения. Следовательно, большие скорости возбуждения реагентов лазерным излучением позволяют существенно превысить скорость химических реакций и получить концентрации свободных радикалов и атомов существенно выше, чем при инициировании реакций классическими методами. Динамика селективного возбуждения многоатомных молекул ИК лазерным полем и механизм их диссоциации рассмотрен в предыдущем параграфе настоящей главы. Поэтому следует рассмотреть преимущества процесса возбуждения электронных состояний многоатомных молекул УФ лазерным излучением. Как известно по принципу Франка-Кондона, процесс возбуждения электронных переходов в молекулах под действием излучения обусловлен процессом вертикальных переходов снизу вверх из точек поворота, где колебательные волновые функции имеют максимумы. Процесс испускания молекулами излучения происходит также в результате вертикальных переходов из точек поворота, но сверху вниз. При возбуждении электронного терма одной частотой люминесценция (обратный переход) происходит на другой частоте. В общем случае возбуждение молекул в возбуждённые электронные состояния приводит к существенному возрастанию её химической активности, а это в свою очередь приводит к реакциям с образованием колебательно-возбуждённых радикалов и электронно-возбуждённых атомов, кинетика которых существенно отличается от кинетики частиц, находящихся в основных электронноколебательных состояниях. Кроме того, при лазерном УФ воздействии возбуждение молекул происходит существенно быстрее релаксации электронной энергии в тепловую, а также во внутреннюю молекулярную конверсию. Как известно [18], в молекулах электронные переходы являются электронно-колебательными. Следовательно, изменение колебательного состояния вызывает изменение спектральной зависимости вероятности