Электронное состояние, строение и механизмы образования дефектов в углеродных неорганических и родственных структурах по данным ЭПР

• Автор: Надолинный, Владимир Акимович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 262 с. : ил.

Глава 1. Техника эксперимента
Глава 2. Теория спектров ЭПР
Глава 3. Исследование дефектов в структуре алмаза
3.1. Обзор предшествующих исследований.
3.2. Примесные азотные парамагнитные центры в природных алмазах типа 1 в.
3 .3. Примесные азотные парамагнитные центры в природных алмазах типа 1а.
3.4. Примесные азотные парамагнитные центры в пластически деформированных алмазах типа 1а.
3.5. Парамагнитный центр И3У
3.6. Примесные азотные парамагнитные центры в синтетических алмазах, выращенных в Бе-М-С системе на затравку при Т=1700 К
3.7 Ростовые никельсодержащие парамагнитные центры в синтетическом алмазе.
3.8. Трансформация ростовых азотных и никелевых центров при Р,Т-обработке синтетических алмазов.
Никельсодержащий центр МЕ4 в синтетических алмазах
3.9. Азотно-никелевый центр Й1Е 1 в природных и синтетических алмазах после Р,Т-обработки.
3.10. Азотно-никелевый центр N£2 в природных и синтетических алмазах после Р,Т-обработки.
3.11. Азотно-никелевый центр ЫЕ 3 в природных и синтетических алмазах после Р,Т-обработки.
3.12. Азотно-никелевый центр КЕ5 в природных и синтетических алмазах после Р,Т обработки.
3.13. Азотно-никелевый центр №38 в природных и синтетических алмазах после Р,Т-обработки.

3.14. Фотоиндуцированные никель-содержащие центры NE6,
NE7 в синтетических алмазах, подвергнутых Р,Т- обработке при 2000 К
3.15. Электронное состояние азотно-никелевых центров в алмазе
3.16. Диагностика парагенезиса природных алмазов
по никелевым центрам
3.17. Собственные парамагнитные дефекты в природных алмазах
Глава 4. Дефекты в структуре аморфных пленок нитрида кремния
4.1 Фотоиндуцированный парамагнитный центр в аморфных пленках а- 81зМ4
4.2. Эффекты изотопного обогащения 15М
Глава 5. Интеркалированные соединения фторированного графита
5.1. Парамагнитные дефекты, образующиеся при фторировании графита
5.2. Реакционная способность фтора, связанного с графитовой решеткой. Исследование взаимодействия внедренных соединений с фторграфитовым каркасом с помощью спиновых ловушек.
5.3. Стабилизация матричного фтора ИСФГ.
5.4. Применение модельной радикальной реакции диссоциации N204 <--> 2Ж>2ДЛЯ изучения особенностей строения интеркалированных соединений фторированного графита.
5.5. Низкотемпературная подвижность СЮг и NO2 радикалов в ИСФГ.
5.6. Исследование особенностей выделения NO2 радикалов в газовую фазу из ИСФГ состава C2F 0,12 N2O4.
Выводы Литература
Актуальность темы. Проблема электронного состояния дефектов в
углеродных неорганических и родственных структурах является одной из составных

частей фундаментальной проблемы взаимосвязи физических свойств и реальной структуры твердых тел. Важнейшими представителями углеродных неорганических материалов являются алмаз, графит, карбины, фуллерены и др., а также соединения включения на основе графита, или интеркалированные соединения графита, характеризуемые ковалентным типом химической связи. Процессы дефектообразования в подобных структурах до настоящего времени оставались практически неизученными. Их изучение представляет как фундаментальный теоретический интерес, так и огромное практическое значение в связи с развитием технологии синтеза монокристаллов алмаза, алмазных пленок, а также для синтеза новых классов углеродных неорганических соединений и необходимостью получения углеродных материалов с заданными свойствами. В связи со сказанным, вопросы изучения строения, электронного состояния и механизмов образования дефектов в углеродных неорганических и родственных структурах являются актуальными.
Одним из наиболее информативных современных физических методов исследования электронного состояния, строения и механизмов образования дефектов в твердых телах является метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Ранее применение этого метода позволило успешно установить структуру большинства дефектов в кремнии, германии и других полупроводниках со структурой алмаза. В то же время проблема изучения дефектообразования в алмазе и неорганических углеродных материалах методом ЭПР оказалась связанной с рядом принципиальных затруднений. К их числу относятся трудности введения в решетку алмаза примесей методами термодиффузии и ионной имплантации, что обусловлено малыми параметрами решетки и нестабильностью алмазной фазы при обычных давлениях. Моделирование процессов образования дефектов при росте кристаллов алмаза вплоть до последнего времени было затруднено из-за несовершенства технологии роста кристаллов алмаза. Кроме того, исследование структуры дефектов в природных алмазах методом ЭПР существенно затруднено низким естественным содержанием изотопа 13С. Все эти причины в совокупности обусловили общую недостаточную изученность реальной структуры углеродных неорганических структур.
Целью настоящей работы явилось исследование природы, электронной структуры и механизмов образования как собственных, так и примесных дефектов,
Таблица 5.
N центра эл. спин Б О(гс) Е(гс) Направление Г)
1 8=1 1500 - [100]
2 Б=1 1500 - [994]
3 8=1 153 - [311]
4 8=1 113 3 [110]
5 8=1 200 10,5 [ПО]
6 8=1 220 4 [110]
7 8=1 246 4 [110]
Предполагается, что центры 1,2 образованы парами либо дивакансий, либо двойными межузлиями, либо двумя атомами примеси, каждый с эффективным спином 8= 1/2, и диффундирующими в каналах [110] вплоть до захвата другой компонентой с Б= 1/2. Рассматривая концентрацию центров 3 авторы пришли к заключению, что последняя слишком высока, чтобы приписывать ее примесным центрам. Предположительно этот центр они отнесли к парам вакансия - межузлие. Vhippey [104] провел всестороннее исследование (отжиг, зависимость концентраций центров от дозы облучения) ЭПР спектров радиационных центров в алмазах, облученных нейтронами. Наряду с центрами 1,2,3 (см.таблицу 5) был обнаружен новый центр 4, который образуется в облученных кристаллах при отжиге 800°С. Параметры спин-гамильтониана этого центра приведены в таблице
4. Ни один из центров 1,2,3 не зависел от выбора кристаллов, что исключает причастность примесных атомов к их образованию. Спектры центров 1 и 2 достигают максимальной концентрации 1019 см'3 и исчезают при дозах облучения больше чем 1019п°см'2. Оба спектра отжигаются при 350° С. Шпрреу предложил для этих центров модель межузельного углерода, соответственно, в высокосимметричном и искаженном окружении. Спектр 4 индуцируется в алмазах обоих типов и не может быть отнесен за счет примеси азота. Однако поскольку максимальная концентрация центров 4 оказалась порядка 5’ 1018 см'3, которая равна максимальной концентрации примесей в алмазе, автор предложил модель центра в виде фрагмента межузлие - примесь в канале [110]