Диссипативные процессы в высокоомных материалах при высоких уровнях электронного возбуждения

• Автор: Степанов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. Каналы диссипации энергии импульсных электронных пучков
в высокоомных материалах
1.1. Особенности диссипации энергии электронных пучков
высокой плотности в высокоомных материалах
1.1.1 Катодолюминесценция диэлектриков и полупроводников при
импульсном электронном облучении
1.1.2 Заряжение и пробой диэлектриков при импульсном
электронном облучении
1.1.3. Динамические механические напряжения в ионных
кристаллах при воздействии ИЭП
1.1.4. Проводимость диэлектриков в процессе воздействия ИЭП
1.1.5. Эмиссия из диэлектриков при импульсном облучении
электронами
1.2. Моделирование физических процессов взаимодействия ИЭП с
веществом
Постановка задачи
ГЛАВА II. Математическое моделирование процессов диссипации
энергии ИЭП в веществе. Методика и объекты исследований
2.1. Пространственное распределение поглощенных электронов
при возбуждении образца ИЭП произвольной формы
2.1.1. Основные закономерности взаимодействия электрона с
веществом
2.1.2. Многократное рассеяние электронов
2.1.3. Метод Монте-Карло в задачах переноса электронов
2.1.4. Алгоритм расчета по схеме "укрупненных" соударений с
непрерывным замедлением
2.2. Расчет пространственного распределения термализованных
электронов методом Монте-Карло

2.3. Расчет накопления заряда в процессе импульса по приведенному распределению термализованных электронов
2.3.1. Оценка времени релаксации объемного заряда в процессе
возбуждения ИЭП
2.3.2. Распределение термализованных электронов в образце
(квазистационарное приближение)
2.4. Математическая модель расчета электрического поля и
профиля энерговыделения в рамках модели «однородного» образца
2.5. Математическая модель расчета контура акустического
импульса в зависимости от параметров ИЭП и термоупругих характеристик кристаллов
2.6 Математическая модель расчета термо- и автоэлектронной
эмиссии
2.7 Алгоритм расчета нагрева высокоомных материала во время
воздействия ИЭП
2.8. Параметры источника ИЭП
2.9. Экспериментальная установка и методики исследований
2.10. Объекты исследований и их параметры
ГЛАВА 111. Пространственно-временная диссипация энергии в мишени
3.1. Математическое моделирование профиля энерговыделения
3.2. Моделирование контура акустического импульса в
зависимости от параметров ИЭП, геометрии облучения и термоупругих характеристик материалов
3.3. Импульсный нагрев материалов в процессе облучение ИЭП
3.4. Математическое моделирование автоэлектронной эмиссии
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение
Накопление стабильных радиационных дефектов, определяющих изменение физических свойств материалов, является результатом сложной совокупности протекающих во времени процессов генерации, взаимодействия и распада электронно-дырочных возбуждений и первичных структурных дефектов. Импульсные электронные пучки (ИЭП), генерируемые ускорителями с взрывной эмиссией, разработанные в ИСЭ РАН под руководством Г.А. Месяца и Б.М. Ковальчука, в сочетании с методами импульсной спектроскопии с временным разрешением позволило резко повысить информативность экспериментальных методов исследования радиационно-стимулированных процессов.
Возможность варьирования плотности энергии ИЭП в широком диапазоне мощности возбуждения позволяет исследовать механизмы рекомбинации неравновесных электронов и дырок в диэлектриках и полупроводниках. Результаты таких исследований были положены в основу разработки полупроводниковых лазеров с электронной накачкой, разработку методов контроля излучательных свойств полупроводниковых монокристаллов, а также отработку технологии выращивания монокристаллов с высоким энергетическим выходом рекомбинационной люминесценции.
Специфика воздействия ИЭП заключается в том, что одновременно с выделением энергии вследствие ионизационных потерь с высокой скоростью (~10п Кл/м3-с) инжектируется отрицательный заряд и, соответственно, формируется импульсное электрическое поле. В первых же работах по изучению оптических, акустических, электрических и механических свойств твердого тела при воздействии ИЭП высокой мощности обнаружен ряд новых явлений, которые практически невозможно наблюдать при исследованиях на слаботочных 0е « 1 А/см ) импульсных ускорителях: внутризонное излучение электронно-дырочной плазмы, высокоинтенсивную люминесценцию с удельной плотностью мощности стимулированного излучения до 300 кВт/см2, генерацию интенсивных продольных и изгибных акустических волн в пластинах и стержнях, мощную электронную эмиссию из диэлектриков в вакуум, хрупкое разрушение щелочно-

распределения для углов в многократном рассеянии: Гаудсмита-Саундерсона [120, 121] и Мольер [122, 123].
Наиболее точной является теория Гаудсмита-Саундерсона. Недостатком ее является громоздкость расчета распределения Гаудсмита-Саундерсона. Для получения необходимой точности расчета при больших углах рассеяния необходимо суммировать до 100 членов разложения [121].
Теория Мольер является более простой теорией многократного рассеяния,' применимой для углов рассеяния 0 < 1 радиан. Тщательно проанализировав теорию Мольер, Бете показал [117], что можно ввести корректирующий множитель в функцию распределения, позволяющий распространить теорию на большие углы рассеяния, и, таким образом, сделать ее универсальной теорией, также как и теорию Гаудсмита-Саундерсона. Модификацией теории Мольер-Бете является распределение Нигэма [124].
В теории Мольер-Бете для вероятности рассеяния электронов в интервале углов 0 - 0+с1@ после прохождения слоя А/ (слой Мольер) получено следующее выражение[118,123]:
Для достижения точности 1 % достаточно учесть только три первых члена разложения. Функция/о(ф) =2-ехр(-ф2) - гауссовского типа, а функции /](ф) и/Дф) учитывают рассеяние на большие углы. Численные значения этих функций, уточненные Бете, приведены в таблице 1, Приложения 1.
Безразмерная переменная ф в (2.5) связана с углом рассеяния 0 и параметром теории В соотношением:
1М (0,1)060 = [и (ф) + В~% (ф) + ЕГ2^ (ф)+...]■ фс!ф
(2.5)

(2.6)

(2.7)
Здесь А? - толщина рассеивающего слоя Мольер в г/см2, %с ~ в градусах.