Сканирующая зондовая микроскопия радиационных эффектов на поверхности графита и кремния

• Автор: Козодаев, Михаил Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил

Содержание
введение
Глава I. ВОЗДЕЙСТВИЕ РАДИАЦИИ НА ГРАФИТ И КРЕМНИЙ -
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1. Твердое тело и излучения
1.1 .а. Место корпускулярных излучений в современной деятельности
человека
1.1.6. Радиационные эффекты в поверхностных слоях твердого тела
1.1.в. Радиационное облучение поверхности - база новых технологий
1.1 .г. Выводы по разделу
1.2. Современные методики исследования воздействия радиации на поверхность твердого тела
1.2.а. Сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ)
1.2.6. Автоионная микроскопия
1.2.в. Выводы по разделу
1.3. Обзор и анализ СЗМ-исследований облученных поверхностей графита
и кремния
ГЗ.а. Общая характеристика опубликованных по теме работ
1.3.6. Обзор СЗМ-исследований поверхности облученного графита
1.3 .в. Обзор СЗМ-исследований поверхности облученного кремния
1.3 .г. Анализ обзора и выводы
1.4. Постановка задачи
Глава II. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОБЛУЧЕНИЯ ОБРАЗЦОВ
И ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ УСТАНОВКИ
II. 1. Разработка методики облучения образцов протонами при энергиях 90 кэВ и 3 МэВ на ускорителе «ИСТРА»
11.1.а. Начальная часть ускорителя «ИСТРА»
Ц.1.6. Схема облучения
11.1.в. Подготовка образцов и проведение облучения
11.2. Разработка методики облучения образцов протонами при энергиях 700 кэВ
на инжекторе ускорителя «И-2»
П.2.а. Схема облучения
11.2.6. Подготовка образцов и проведение облучения
П.З. Разработка методики и проведение облучения образцов на источнике
осколков деления
П.З.а. Схема установки
11.3.6. Облучение образцов
11.4. Другие способы радиационного воздействия, используемые в данной работе.
П.4.а. Воздействие высокоинтенсивной плазмы 8Ю
П.4.6. Бомбардировка образцов ионами Се
П.5. Выводы по главе

Глава III. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛУЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ ГРАФИТА С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ
III. 1. Облучение протонами с энергиями 90 кэВ и 3 МэВ
111.2. Облучение осколками деления
111.3. Облучение высокоинтенсивной лазерной плазмой и ионами цезия
111.4. Обсуждение результатов СЗМ-исследований поверхностей облученных образцов графита
Глава IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛУЧЕННЫХ ОБРАЗЦОВ КРЕМНИЯ С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ
IV.1. Облучение протонами с энергией 700 кэВ
IV.2. Облучение осколками деления
IV.3. Обсуждение результатов СЗМ-исследований поверхностей облученных образцов кремния
Глава У. ПРИМЕНЕНИЕ ФРАКТАЛЬНОЙ РАЗМЕРНОСТИ
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕРЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ОБЛУЧЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ
V.I. Некоторые элементы теории фракталов
V. 1 .а. Основные понятия теории фракталов
V.I.6. Некоторые методы расчета фрактальной размерности
V.I.B. Выводы по разделу
V.2. Использование фрактальной размерности как характеристики рельефа поверхности образца при анализе СТМ-изображения
V.3. Количественная оценка результатов воздействия облучений
на исследованные образцы
V.3.a. Анализ развитости рельефа поверхности облученных образцов с
использованием фрактальной размерности
V.3.6. Влияние параметров скана на величину фрактальной размерности
V.3.B. Выводы по разделу
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Предметом исследований в данной работе являются подвергнутые радиационному воздействию поверхности таких широко распространенных и обладающих крайне ценными свойствами материалов, как графит и кремний.
В верхней части IV группы периодической таблицы Д.И.Менделеева находятся два уникальных по своим свойствам элемента - углерод (С) и кремний (Si). Трудно переоценить их роль в современной технике, технологии, производстве, науке. По распространенности углерод играет первостепенную роль в животном и растительном мире, кремний - в земной коре: его содержание в ней составляет -30 %, а по распространенности в литосфере он занимает второе место после кислорода.
Графит
Наиболее устойчивой модификацией чистого углерода в условиях земной коры является графит - минерал с гексагональной кристаллической слоистой решеткой. В слоях решетки атомы С располагаются в узлах гексагональных ячеек и отстоят друг от друга на расстоянии 1,42 Ä. Расстояние между слоями - 3,55 Ä. Связь между атомами С в одном слое — прочная, ковалентного типа, между слоями - слабая, остаточно-металлического типа. Большой прочностью связи между атомами сетки объясняется высокая температура плавления графита (3850 °С). Графит хорошо проводит электрический ток, магнитоанизотропен, кислотоупорен, обладает малым сечением захвата тепловых нейтронов, легко обрабатывается.
Благодаря ценным физико-химическим свойствам графит применяют во многих областях техники. Существует ряд его модификаций: пирографит, стеклографит, углеситал, реакторный графит, графит с однородной структурой и др. Высокая жаропрочность обусловливает его использование в производстве огнеупорных материалов и изделий. Кусковой графит применяют как эрозионностойкое покрытие для сопел ракетных двигателей, камер сгорания, носовых конусов, рулевых устройств и других элементов космических летательных аппаратов. Вследствие высокой электропроводности его широко

Как и в других методиках, в АИМ существует проблема расшифровки изображений. Однако интерпретация АИМ-изображений становится возможной при накоплении опыта работы с АИМ и наличии эталонных результатов других исследователей вкупе с результатами машинного моделирования [66].
Более подробная информация о специфике работы автоионных микроскопов приведена, например, в [67,68,69,70].
1.2.В. Выводы по разделу
Не вызывает сомнений тот факт, что каждая из рассмотренных методик уникальна и крайне полезна для исследований материалов с максимальным разрешением. В каждом конкретном случае, в зависимости от материала, от информации, которую необходимо получить, от условий работы и т.д. наиболее подходящей будет своя методика. Но при этом в большинстве случаев более полную информацию можно получить при комплексном использовании нескольких методов. В таблице 1.2 приведены основные возможности рассмотренных методик.
Таблица 1.2. Характеристики некоторых методик микроскопии.
Методики СТМ АСМ АЗ АИМ ПЭМ РЭМ
Непроводящие материалы -+ + -+ + +
Проводящие материалы + + + + +
Предельное разрешение атомарное атомарное атомарное атомарное
Химический состав -+ - + - -
Поверхность + + _+ -+ +
Объем - - + + -
Плоские образцы + + + +
Игольчатые образцы + + +
+ Указанная методика подходит всегда.
-+ Указанная методика подходит не всегда или с определенными ограничениями. —+ Указанная методика плохо подходит, но ее использование возможно.
- Указанная методика не подходит.