Механизмы ускорения перестройки атомных структур под действием света

• Автор: Юдин, Леонид Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 114 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПЕРЕСТРУКТУРИРОВАНИЕ АТОМНЫХ КЛАСТЕРОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СВЕТА
1.1. Экспериментальные исследования влияния оптического облучения на процесс кристаллизации аморфного вещества
1.2. Механизмы импульсного фотонного отжига
1.3. Принцип Франка-Кондона при поглощении фотона
1.4. Безызлучательные переходы в атомах и молекулах
ГЛАВА 2. МОДЕЛЬ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ АМОРФНОГО ВЕЩЕСТВА НА ОСНОВАНИИ ПРИНЦИПА ФРАНКА-КОНДОНА
2.1. Механизм кристаллизации аморфного вещества на основании принципа Франка-Кондона
2.2. Расчет параметров упругой ударной волны кристаллизации
2.3. Верификация модели кристаллизации аморфного вещества на основании принципа Франка-Кондона
ГЛАВА 3. КВАНТОВО-МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ АМОРФНОГО ВЕЩЕСТВА ПРИ БЕЗЫЗЛУЧАТЕЛЬНОМ ПЕРЕХОДЕ
3.1. Механизмы кристаллизации аморфного вещества при безызлучательном переходе
3.1.1. Решение уравнения Шрёдингера для случая покоящихся ядер
3.1.2. Решение уравнения Шрёдингера для случая подвижных ядер
3.2. Верификация квантово-механической модели кристаллизации аморфного вещества при безызлучательном переходе

3.3. Численное моделирование процесса перестройки
атомного кластера под действием света
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования.
Явление перестройки атомных структур под действием света, имеющее широкое практическое применение и исследованное экспериментально, в физико-химической литературе до сих пор еще не получило должного теоретического объяснения ввиду сложности многокомпонентного процесса кристаллизации кластерных структур. Атомные структуры могут быть перестроены как в результате хорошо изученного термического отжига вещества, так и импульсного фотонного отжига (ИФО), привлекающего всё более пристальное внимание исследователей.
В настоящее время механизмы термического отжига достаточно полно исследованы и широко применяются в технологическом процессе. Например, после проката, литья, ковки, обработки резаньем и прочих видов производства промышленных материалов происходит неравномерное охлаждение заготовок. В результате чего появляются неоднородность их структуры и свойств, а также внутренние напряжения. Более того, отливки при затвердевании получаются неоднородными по химическому составу. Для устранения таких дефектов применяется отжиг [1], который представляет собой вид термической обработки, состоящий в нагреве металла, имеющего неустойчивое аморфное состояние в результате предшествующей обработки, и приводящий металл в более устойчивое твердое состояние [2]. При этом процессе заготовки и изделия получают устойчивую структуру без остаточных напряжений. Основными целями отжига являются снятие внутренних напряжений, устранение структурной и химической не-

дился рубиновым лазером (г ~ 10 7 с). Было показано, что при лазерном отжиге плавление и кристаллизация а-Б1 начинается с энергии
2 2 облучения Е ~ 0,5 Дж/см . В интервале энергии 0,45 1,5 Дж/см про-
цесс кристаллизации становится полицентровым, и увеличение энергии лазерного отжига вызывает увеличение размеров зерен. При Е ~ 2,0 Дж/см2 наблюдается эпитаксиальная кристаллизация, однако более совершенный кристалл получается при Е = 2,5 3 Дж/см2.
В работе [53] авторами была рассмотрена модель теплового отжига с учетом плазменного эффекта. Импульсный (г = 12 нс) отжиг слоя а-Б1 (0,5 мкм) лежащего на подложке с-Бц проводили рубиновым лазером с плотностью энергии Е = 0,1 + 0,8 Дж/см . Было обнаружено, что при малых плотностях энергии формируется захороненная жидкая прослойка. Чисто тепловая модель не может объяснить процесс кристаллизации, например, при Е = 0,2 Дж/см2, поэтому авторам [53] пришлось учитывать плазменный эффект. По оценкам, при высоких уровнях концентрации плазмы (/V > Ю20 см-3) время жизни электронно-дырочных пар перестает зависеть от их концентрации и составляет ? ~ 1 не. Исследователями [53] предполагается, что понижение температуры и энтальпии перехода твердого полупроводника в жидкое металлическое состояние происходит в результате увеличения свободной энергии системы. Эффект существенно зависит от среднего времени жизни электронно-дырочной пары, которое оценивается с поправкой на уменьшение ширины запрещенной зоны в условиях, когда радиус экранирования Дебая меньше характерного расстояния взаимодействия электрона и дырки. При хе ~ 1 (Г9 с эффект понижения температуры и энтальпии плавления существен при длительностях импульса г <50 не. В случае меньших те проявление плазменного эффекта в рамках предложенного механизма должно смещаться в сто-