Детерминированные и стохастические процессы термостимулированной электронной эмиссии с окисленных металлов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

ап^—

Павленков Владимир Иванович

Детерминированные и стохастические процессы термостимулированной электронной эмиссии с окисленных

металлов

01.04.07. - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2006

Работа выполнена на кафедре физического материаловедения ГОУ BIIO «Нижегородский государственный университет им. U.M. Лобачевского»

Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор

Псрсвсзсиисв Владимир Николаевич

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор

Богданов Гифкат Ибрагимович

доктор физико-математических наук, профессор Тетсльбаум Давид Нссаакович

Ведущая организация ГОУ ВПО ««MAT1I» - Российский государственный

технологический университет им. К.Э.Циолковского»

Защита состоится 22 ноября 2006 г. в ¡4.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.166.01 при Нижегородском государственном университете им. Н.И.Лобачевского по адресу: Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ННГУ им. Н.ИЛобачевского и на сайте vvwvv.unn.ru

Автореферат разослан октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212. 166.01 при ННГУ, доктор физико-математических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Электронная система поверхностных слоев твердых тел во многих случаях определяет рабочие характеристики технических устройств, например, катализаторов, электродов, зондов наномикроскопии. Контроль состояния поверхности важен при решении задач микроэлектроники, эмиссионной электроники, порошковой металлургии. Одним из средств иеразрушающего контроля поверхности является метод термостимулированной электронной эмиссии (ТСЭЭ) [1]. Слабость воздействия, оказываемого на образец при измерении ТСЭЭ (низкие температуры стимуляции, малая величина эмиссионного тока), делают этот метод перспективным для исследования неравновесных состояний поверхности. В ряде случаев (фазовые переходы, пластическая деформация, разрушение) стимулированная электронная эмиссия отражает характер и интенсивность процессов, происходящих не только на самой поверхности твердого тела, но и в его объёме.

Однако на практике ТСЭЭ часто используется для получения только качественных характеристик состояния поверхности, изменяющейся в результате какого-либо воздействия (облучения, химической или механической обработки), или как индикатор процессов, протекающих в твердых телах. Одна из причин такого положения -недостаточно разработанная теория явления ТСЭЭ.

Использовавшееся рядом авторов для описания кинетики ТСЭЭ уравнение мономолекулярных реакций не учитывает возможность захвата электронов ловушками из зоны проводимости, а уравнения Блохинцева [2] рассматривалась только в линейном приближении, хотя в ряде практически важных случаев их нелинейные свойства являются определяющими, например, при изучении неоднородных материалов. Не рассматривалась возможность описания ТСЭЭ с помощью моделей Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра [3], стохастические варианты которых позволяют исследовать поведение функции плотности вероятности флуктуирующих величин к которым, в частности, относятся плотность эмиссионного тока и концентрация свободных электронов в окисном слое металла. Таким образом, информационные возможности метода ТСЭЭ далеко не исчерпаны.

Поэтому является актуальным исследование нелинейного приближения системы кинетических уравнений ТСЭЭ и разработка на его основе способов определения количественных характеристик поверхностных окислов металлов (концентрации точечных дефектов, их энергетического спектра, электронного сродства и т.д.) по результатам измерений эмиссионного тока как интегральной характеристики поверхности. Так 'же актуально изучение закономерностей распределения плотности эмиссионного тока на поверхности образцов с позиций стохастических моделей Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра [3], позволяющих исследовать

индуцированные шумом переходы в электронной системе окисного полупроводника.

Из сказанного следует, что тема диссертационной работы представляет интерес, как для практического использования ей результатов, так и с точки зрения дальнейшего развития теории ТСЭЭ.

Цель настоящей работы заключалась в следующем.

1. На основе нелинейного приближения детерминированных кинетических уравнений Блохинцева для ТСЭЭ, разработать методику определения глубины электронных ловушек е, электронного сродства полупроводника х» концентрации электронных ловушек У| и начальной концентрации заполненных электронных ловушек \0 в окненых слоях металлов.

2. Исследовать вероятностные характеристики ТСЭЭ, установить их связь с состоянием электронной системы окисного полупроводника и интенсивностью процессов (структурных изменений) происходящих в объеме металла.

Для достижения сформулированных целен решались следующие задачи.

1. Сконструировать и изготовить установку для измерения интегрального потока эмитирующих электронов и получения электронного изображения достаточно большой площади поверхности образца позволяющего проводить вероятностные исследования плотности эмиссионного тока.

2. На основе решения нелинейного квазнстационарного приближения кинетических уравнений ТСЭЭ разработать методику расчёта характеристик электронной системы окненых полупроводников на поверхности металла по параметрам экспериментально определяемой зависимости эмиссионного тока от температуры.

3. Рассмотреть возможность теоретического описания ТСЭЭ с помощью детерминированных уравнений Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра.

4. Рассмотреть возможность теоретического описания явления ТСЭЭ как неравновесного процесса, протекающего во флуктуирующей среде с помощью стохастических моделей Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра, а также установить влияние диффузии точечных дефектов из металла в окисел на параметры ТСЭЭ.

5. Провести экспериментальное обоснование предложенной теории на образцах различных материалов: как ранее исследовавшихся методом ТСЭЭ (технически чистые медь и алюминий), так и новых. Поскольку возможность исследования неравновесных состоянии является преимуществом ТСЭЭ, для исследования выбран сильно неравновесный, в виду особенностей производства, материал ФНС-5 (фильтровальный материал из нержавеющей стали XI8Н15-2), имеющий широкое применение в технике.

с

4

Научная новизна полученных результатов. В диссертационной работе сконструирована и изготовлена установка, позволяющая визуализировать ТСЭЭ с поверхности образцов, имеющих сильно развитый рельеф, и измерять как полный поток эмитирующих электронов, так и его пространственное распределение на участках поверхности площадью ~1 смг, в том числе в процессе деформации образца растяжением. С помощью установки впервые экспериментально установлен вид функции плотности вероятности (ФПВ) для эмиссионного тока с поверхности образца и обнаружена его зависимость от температуры.

Впервые для описания ТСЭЭ использовано нелинейное квазистационарное для концентрации свободных электронов приближение системы кинетических уравнении Блохинцева, на основании которого, предложена методика расчета характеристик поверхностного окисного слоя: положения энергетического уровня электронных ловушек (ЭЛ) в запрещенной зоне относительно дна зоны проводимости, электронного сродства в зоне проводимости, концентрации заполненных и пустых ЭЛ, степень компенсации окисного полупроводника, частотные параметры уравнении Блохинцева.

Для моделирования ТСЭЭ впервые применены уравнения Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра в детерминированной форме и показана их взаимосвязь с квазнстацнонарным приближением системы уравнении Блохинцева. На основе анализа детерминированного уравнения Ферхюльста определено условие перехода окисного слоя из непроводящего в проводящее состояние, а также условие изменения режима эмиссии: послеэмиссия, рост ТСЭЭ с образованием максимума.

Для объяснения изменения вида ФПВ для эмиссионного тока с поверхности, впервые применены уравнения Ферхюльста и Арпольда-Хорстхемке-Лефевра в стохастической форме. На основании анализа стохастической модели Арнольда-Хорстхемке-Лсфевра показана возможность существования в окненом слое металла бистабилыюго состояния системы заполненных ЭЛ. Теоретически обнаружено влияние диффузии точечных дефектов из объёма металла в окисел на переход указанной системы из бистабилыюго в моностабильное состояние.

Практическая ценность выполненной работы.

Разработана методика определения с помощью ТСЭЭ характеристик окисных полупроводников: положения энергетического уровня ЭЛ, электронного сродства в зоне проводимости, концентрации ЭЛ, в том числе, когда пространственная неоднородность и сложный рельеф поверхности не позволяют сделать это другими методами.

В прикладном плане предложенная методика может быть использована для оценки состояния поверхности катализаторов, в том числе пористых, относительно их каталитической активности; для контроля за состоянием поверхности высокочнстых веществ (окислов), в том числе находящихся в мелкодисперсном состоянии.

На защиту выносятся:

1. Описание процесса термостнмулированной электронной эмиссии с помощью

нелинейного квазистационарного приближения системы кинетических уравнений Блохинцсва, а так же уравнений Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра в детерминированной и стохастической формах.

2. Методика расчета характеристик окненого полупроводника (концентрации электронных ловушек, положения энергетического уровня электронных ловушек относительно дна зоны проводимости, электронного сродства) по экспериментальной зависимости плотности эмиссионного тока от температуры.

3. Конструкция установки, позволяющей измерять пространственное распределение

плотности тока термостнмулированной электронной эмиссии с поверхностей, в том числе имеющих развитый рельеф.

4. Результаты определения параметров интегральной темповой термостнмулированной электронной эмиссии с окненого слоя материала ФНС-5 и температурная зависимость вида функции плотности вероятности для эмиссионного тока с поверхности образца.

Апробация работы и публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, отражены в 11 научных публикациях, в том числе в 4 статьях в рецензируемых изданиях: журналах Письма в журнал технической физики и Поверхность.

Результаты работы докладывались на нескольких научных и научно-технических конференциях всероссийского и международного уровня:

- Всесоюзная конференция «Поверхности раздела, структурные дефекты и свойства металлов и сплавов» (г. Череповец, 1988 г.)

- Всесоюзная конференция «Эмиссия с поверхности полупроводников, в том числе экзоэмиссня» (г. Львов, 1989 г.)

- Х1Л Международная конференция «Актуальные проблемы прочности» (г. Калуга, 2004 г.)

- XXXV международная конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, (г. Москва, 2005 г.)

Некоторые виды работ проведены на кафедре теоретической физики ННГПУ. Структура н обьем диссертационной работы

Работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы и приложения. Она изложена на 160 страницах и содержит 64 рисунка, 6 таблиц и список литературы из 120 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во впеденнн работы приводится обоснование еб актуальности, сформулированы цель, задачи работы и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен обзор литературы об особенностях ТСЭЭ с различных материалов при разных способах возбуждения их поверхности, а также о методах регистрации стимулированной электронной эмиссии. Анализ имеющейся литературы показан, что в полученных на основе кинетического уравнения мономолекулярных реакций формулах для расчёта параметров ТСЭЭ не рассматриваются: 1) возможность эмиссии электронов из зоны проводимости (влияние электронного сродства полупроводника х учитывается только в случае эмиссии непосредственно из ловушек в вакуум); 2) возможность захвата ловушками электронов из зоны проводимости. Использовавшаяся для описания ТСЭЭ модель на основе системы нелинейных дифференциальных уравнений Блохиицева изучена только в линейном приближении, что ограничивает область ей применимости и информативные возможности.

В рассмотренной литературе в основном приводятся результаты исследований интегральных характеристик ТСЭЭ, вероятностные закономерности распределения плотности эмиссионного тока по поверхности окисла изучены не достаточно. В существующих моделях ТСЭЭ не учитывается действие мультипликативного шума на электронную систему окисного полупроводника, которое при определенных условиях способно инициировать нелинейные эффекты. Решение этих проблем расширило бы возможности определения количественных характеристик электронной системы окисных полупроводников методом ТСЭЭ.

Во второй глапс описана установка для исследования окисленной поверхности металлов и сплавов методом ТСЭЭ, разработанная на базе серийной установки ИМАШ 20-78, в конструкцию которой добавлены: специальный нагревательный элемент, блок визуализации на основе микроканальных пластин (МКП-34) и люминссцирующего экрана, а также блоки регистрации сигнала. Коэффициент усиления блока визуализации по току ~107, разрешение -1,3 лнн./мм. Полученное на экране изображение сканируется микрообъективом, световой поток с которого поступает на фотоэлектронный умножитель Конструкцией установки предусмотрена возможность без нарушения вакуума идентифицировать источники электронной эмиссии, визуализированные на люминесцентном экране, с элементами структуры или микрорельефа образца.

Измерения ТСЭЭ проводились в вакууме при давлении ~10'3 Па. Нагрев образца осуществлялся со скоростью 10-95 град/мин. до температуры не более 450°С. Погрешность измерения температуры образца при нагреве составляла не более ±4°С. Сканирование изображения производилось со скоростью 0,2-2 мм/с и амплитудой — 10-15 мм, механическое нагруженне (растяжение) образцов - со скоростью 30-100 мм/час.

В третьей главе представлены результаты исследования методом ТСЭЭ окисленной поверхности технически чистых меди и алюминия, а также материала ФНС-5, который имеет сильно развитый рельеф и, в силу особенностей производства,

неоднородную окисленную поверхность с высокой концентрацией точечных дефектов, что делает его эмисснонно-активным при термостимуляции.

Обнаружено, что при стимуляции со скоростью 10 град/мин эмиссионный ток с поверхности ФНС-5, находящейся в исходном состоянии, имеет от одного до трех максимумов (рис.1) в следующих интервалах температур: 1-й - 150-160°С; 2-й - 214-232°С; 3-й - 304-328°С. Высоты максимумов относятся в среднем как 1:1,5:3, соответственно. Первый максимум наблюдался примерно у 20% испытанных образцов, второй - у 40%, третий - у 100%.

Рис. I

При исследовании окненой плёнки образцов с помощью металлографического микроскопа в плоскополяризованном свете обнаружена её неоднородность, проявлявшаяся в различии интерференционных цветов. На 5-7% видимой площади поверхности наблюдался сине-зелёный цвет, 15-18% - оранжевый, на 75-80% площади поверхности интерференция не наблюдалась.

При увеличении скорости нагрева происходило увеличение высоты максимумов эмиссионного тока и смещение их в сторону высоких температур. Среднее положение 3-го максимума на температурной оси соответствовало 310°С при скорости нагрева 10 град/мин, 345°С при 27 град/мин и 401°С при 92 град/мин. Отношение их высот составило 1:1,2:1,6 соответственно.

Для выявления зависимости параметров ТСЭЭ от способа механического воздействия на поверхность ФНС-5, проведены испытания и получены следующие результаты.

1) Часть поверхности образца шлифовались на воздухе плоской стальной щеткой, а часть, для сравнения, оставалась в исходном состоянии. При измерении ТСЭЭ в режиме сканирования изображения образца, обнаружено, что эмиссионный ток со шлифованной части образца при температурах 110-200°С был ниже, 220-260°С - выше, и при 285-310°С - вновь ниже тока с поверхности, оставшейся в исходном состоянии. Типичный вид полученных сканограмм представлен на рис. 2.

Сделан вывод, что за возникновение 3-го максимума ответственен старый окисный слои, не дающий интерференционных цветов в плоскополяризованном свете. За

образование 2-го максимума ответственен новый окисел, образовавшийся на месте срезанных при шлифовке выступов и дающий оранжевый интерференционный цвет. В новом окисле источниками электронов могут служить хемосорбционные центры, концентрация которых в старом окисле уже невелика вследствие диффузии и протекания химических реакций окисления. Часть вновь образовавшихся в процессе деформационного возбуждения электронных ловушек опустошается сразу же, вследствие локального нагрева при шлифовке, поэтому интенсивность эмиссии с некоторых обработанных участков поверхности не велика. Можно предположить, что за возникновение 1-го максимума ответственны участки окисленной поверхности с наиболее тонкой плёнкой, дающей сине-зелёный интерференционный цвет.

Рлс.2

2) Образцы деформировались в вакууме растяжением с постоянной скоростью 50 мм/час с последующим измерением ТСЭЭ. В этом случае заметного увеличения эмиссионной активности образца не обнаружено, что объясняется малой пластичностью образцов ФНС-5.

3) Образцы нагревались в вакууме до температуры максимума ТСЭЭ, которая затем стабилизировалась. После стабилизации температуры, наблюдался экспоненциального вида спад эмиссионного тока со временем до фоновых значений. После этого образец деформировался растяжением до разрушения при параллельном измерении эмиссии. Лишь в момент разрушения образца отмечено кратковременное возникновение эмиссионного тока. Это объясняется малой пластичностью и пористым строением образцов ФНС-5, в результате чего большинство эмитировавших в процессе деформации электронов, осаждались на внутренние поверхности пор и стенки трещин в толстом поверхностном окисле.

4) Образцы перед измерением ТСЭЭ деформировались на воздухе вдавливанием стального шара или холодным прокатом. При этом в местах пластической деформации почти полностью разрушался имевшийся окисный слой и возникал новый, дававший оранжевый интерференционный цвет. В результате этого при измерении ТСЭЭ в режиме

сканирования (скорость нагрева 27 град/мин.) обнаружено увеличение, по сравнению с исходной поверхностью, интенсивности эмиссии с участков, подвергшихся пластической деформации в диапазоне температур 200-340°С (вдавливание шара — рис.За) и 230-370°С (холодный прокат - рис.Зб). На основании сканограмм построены усреднённые по 10-и участкам поверхности образца температурные зависимости эмиссионного тока для прокатанной поверхности образца (рис.4, график б) и поверхности того же образца, в исходном состоянии (рис.4, график а). На деформированном участке поверхности обнаружено увеличение высоты максимума эмиссионного тока и смещение его в область низких температур.

Трехкратные измерения ТСЭЭ одного н того же образца ФНС-5 показали, что

Рис.3 Рис.4

каждый раз при последующем нагреве со скоростью 10 град/мин высота максимума эмиссионного тока уменьшалась примерно в два раза. Это означает, что в процессе измерения ТСЭЭ теряет электроны только часть ловушек.

Для сопоставления результатов расчёта характеристик электронной системы поверхностных окислов предложенным в данной работе способом с результатами, полученными ранее другими авторами, проведено измерение ТСЭЭ с окисленных поверхностей технически чистых меди п алюминия.

Визуализация ТСЭЭ с исходной поверхности образца ФНС-5 показала (рис.5), что

230°С 270°С 300°С 340°С 360°С

Рис.5

ростом температуры сложным образом изменялись, как площадь эмиссионно-активных участков поверхности, так и интенсивность электронной эмиссии с них.

Сканированием изображения поверхности образца ФНС-5 вдоль произвольно выбранной оси х, получены экспериментальные зависимости плотности эмиссионного тока от координаты .¡(х) при различных температурах. На основании таких измерений, построены распределения площади поверхности образца по величине плотности эмиссионного тока, в пределе соответствующие ФПВ р(|). Обнаружено, что на протяжении процесса термостимуляцни, вид распределения р(]) по поверхности образца имеет три характерных, сменяющих друг друга типа, показанных на рис.6. С ростом температуры происходит изменение вида распределения р(]) от 5- образного к гнперболообразному и далее, через распределение с двумя максимумами, к

отн.ед

Рис.6

колоколообразному, что является характерной особенностью неравновесных процессов, протекающих в присутствии мультипликативного шума [3]. В условиях квазиравновесия системы свободных электронов окисла, в некоторый момент времени распределение плотности эмиссионного тока по всей поверхности образца эквивалентно распределению плотности эмиссионного тока во времени с некоторого малого участка поверхности.

С целью установления чувствительности ТСЭЭ к диффузии точечных дефектов в окненый слой, проведены измерения эмиссионного тока с образцов магния при циклическом кручении с частотой нагружения 3 Гц и амплитудой деформации 1,6%. Па рис.7 представлены усреднённые результаты испытаний 10-и магниевых образцов.

Производилось параллельное измерение темповой электронной эмиссии I (а), относительного механического момента М/М0 (б) и отноаггельного изменения

электрического сопротивления AR/Ro (в).

Обнаружен резкий рост величины механического момента с последующим спадом и быстрый рост электрического сопротивления образца в начале испытания в течение 0,1тд -долговечности образца, что говорит о большой интенсивности деформационных процессов в объёме образца на этом этапе испытаний. Максимум электронной эмиссии наступает позже, к моменту 0,2тд. Причиной его возникновения является выход на поверхность точечных дефектов, образовавшихся в объёме образца за период 0,1тд. Рост электронной эмиссии, начинающийся с момента времени 0,6тд и сопровождающийся ростом электросопротивления при уменьшении механического момента, является следствием развития процесса разрушения и появления микротрещин.

Таким образом, диффузия заряженных точечных дефектов из объёма образца может существенно влиять на величину эмиссионного тока и, следовательно, на вид ФПВ для эмиссионного тока с поверхности образца.

В четвертой главе на основе нелинейного квазистацпонарного для концентрации свободных электронов N приближения кинетических уравнений Блохинцева рассмотрена модель ТСЭЭ с окисленной поверхности металлов, представляющей собой полупроводник, имеющий ЭЛ в запрещенной зоне.

При отсутствии диффузии ЭЛ и инжекцни электронов из металла в окисел, система уравнений, описывающих ТСЭЭ, записывается следующим образом:

N = pv-A,(v, - v)N - A2N (1)

v = -pv +A,(v,-v)N (2)

J = LAjN (3)

Здесь v - концентрация заполненных ЭЛ, vi - суммарная плотность ЭЛ (пустых и заполненных), р - вероятность термической ионизации ЭЛ (частота выхода электрона из ловушки), А, - вероятность захвата свободной ловушкой электрона, А2- вероятность эмиссии электрона из зоны проводимости в вакуум (частота выхода электрона в вакуум); L - толщина эмитирующего слоя; J- плотность эмиссионного тока с поверхности окисла

I,

отн.сд. М/Мо

1

0.5

\б \

/7V

а

в/ /

/

.AR/Ro < V

■ /а

1,6

0,8

0 0,2 0,4 0,6 0,8 т/тд Рис.7.

(число электронов, эмитирующих за единицу времени с единицы поверхности). Все коэффициенты при N и v постоянны.

Найдены решения системы уравнений (1) и (2) в следующих приближениях.

1) В нестационарном приближении система может быть решена аналитически при возможности пренебрежения процессом захвата электронов ловушками по сравнению с эмиссией электронов в вакуум. Получены выражения для N(T), v(T), J(T). Показано, что положение максимума функции J(T) на температурной оси при условии е>х определяется величиной е (положением энергетического уровня ЭЛ относительно дна зоны проводимости окпеного полупроводника), а в случае е<х - величиной х (электронным сродством полупроводника). Вид функции J(T) качественно совпадает с наблюдавшимся экспериментально.

2) Квази стационарное приближение для плотности свободных электронов. Показано, что в случае dN/dt=0 при v«vi, с учётом постоянства скорости нагрева b=dT/dt=const, система уравнений (1) и (2), сводится к уравнению Бсрнуллн с переменными коэффициентами, зависящими от температуры Т:

^b-A2Bv-MLBV, (4)

dT р

где В=р(Л,\', + А,)~'. На основании аналитического решения уравнения (4), найдены выражения для N(T), v(T), J(T) и рассмотрены следующие случаи.

а) Случай пренебрежимо малого значения A¡v¡ по сравнению с Aj. Получена оценка температуры, при которой на практике возможна регистрация ТССЭ, в зависимости от значения е. Численными методами установлено, что связь между е и температурой максимума эмиссионного тока Тм апрокснмируется линейной зависимостью: £(Тм)=а<)кТм, где а(> - безразмерный коэффициент равный 24,7 при скорости нагрева Ь=0,45 град/с и 23,6 при Ь=0,17 град/с, что соответствует наблюдавшемуся в экспериментах смещению максимумов тока в зависимости от скорости нагрева. Полученное выражение практически совладаете известным соотношением Ё=25кТм,ранее полученным рядом авторов на основе уравнения мономолекулярных реакций.

Получена система алгебраических уравнений, включающих экспериментально

f

определяемые параметры: Jn/JM н Jn ^п, где Jm, Jn - плотность эмиссионного тока в

t

максимуме и точках перегиба соответственно, J,, - значение производной плотности тока по температуре в точке перегиба. Численное решение системы уравнений позволяет определить е и х- Для поверхностного окисла технически чистой меди получены значения е=(1,16±0,05)эВ, х=(0,41±0,05)эВ, технически чистого алюминия - е=(0,90±0,05)эВ, х=(0.26±0,05)эВ, материала ФНС-5 - е=(1,19±0,04)эВ, х=(1.06±0,04)эВ (Табл.1).

б) Случай А/У/«А?. На основе (I), (2) и (4), получена система алгебраических трансцендентных уравнений с экспериментально определяемыми параметрами Л, /]■ ,

и Т(/Тм , численное решение которой позволяет определить следующие

характеристики окисла: е, х и а(>= у, ст0л/2кт~' /а2, где сг„ -эффективное сечение захвата ЭЛ, 111 - эффективная масса электрона, к -постоянная Больцмана, аг -коэффициент пропорциональности, входящий в А2. Для материала ФНС-5 получены результаты: х=(1,15±0,05)эВ, е=(1,19±0,04)эВ, а„=10-9К|/2.

в) Случай А¡VI»А2. Получены выражения для расчёта величины е+х и а(). Для окисла материала ФПС-5 вычислено: е+х=0,63 эВ, а(> =10'3К|/2. Построение графика ДТ) с использованием этих данных даёт не совпадающее с экспериментальным положение максимума эмиссионного тока, что говорит о невыполнимости приближения А1У|»А2 для окисла материала ФНС-5.

3) Квазистационарное приближение для плотности заполненных ловушек.

В случае V = 0, система уравнений (1), (2) сводится к уравнению:

ёТ Ь

в результате решения которого получены выражения N(7) и Л(Т), на основе которых составлена система алгебраических уравнений, позволяющая определить величину х и аг (Табл.1)

Для материала ФНС-5, приближения 2) и 3) дают близкие значения х (Табл.1), что говорит о возможности их одновременного выполнения.

С точки зрения приближения 3), наличие трёх эмиссионных максимумов при испытании ФНС-5, говорит о том, что его поверхность неоднородна, и зависимость .ЦТ) можно представить как сумму токов с трёх различных по эмиссионным свойствам участков поверхности.

ТАБЛИЦА 1

Номер максимума .1(Т) Ь К/с Тм К Тп К а2 1/Кс х,эВ приближение 3) X, эВ приближение 2) е, эВ приближение 2)

первый 0,17 420 406 2,17*107 0,99 1,07 0,83

второй 0,17 495 469 2,36* 102 0,71 0,56 1,01

третий 0,17 596 570 2,91*10' 1,43 1,17 1,21

Вследствие способности Ре, являющегося основным компонентом материала ФНС-5, проявлять различную валентность стационарно существуют доли точечных дефектов с различной валентностью, что позволяет рассматривать окисную плёнку ФНС-5 как компенсированный полупроводник, в котором роль доноров (ЭЛ) могут играть вакансии, а акцепторов - межузельные атомы металла. Степень компенсации окпеного

полупроводника может быть получена из выражения К = I — V,, /V,, где V« — начальная концентрация заполненных ЭЛ. Концентрации ловушек V), V« находятся из выражении .1(Т), записанных для приближения 2). Для ФНС-5 вычислены следующие значения: К=0,987, V|=( 1,2±0,6) 102ом"3 и у<>=(1,5±0,5)Ю|хм-\

Расчет значений х 11 Е после пластической деформации материала ФПС-5, приведшей к образованию нового окисла, в приближении 2) и при условии А|У1«А2, показал уменьшение глубины ловушек е примерно на 0,09 эВ, а х - на 0,33 эВ.

В пятой глапе рассмотрена возможность описания ТСЭЭ с помощью детерминированных моделей Ферхюльста и Арпольда-Хорстхемке-Лсфевра и их стохастических аналогов, с целью объяснения экспериментально наблюдавшихся закономерностей распределения плотности эмиссионного тока по поверхности образца и установления их связи с состоянием электронной системы окненого полупроводника.

В случае приближения 2) и постоянства скорости нагрева, система уравнений (I) и (2) приводится к виду, соответствующему уравнению Ферхюльста:

с1Ы ¿О,

= (6)

— = х2}-)2 (7)

сН^

Здесь и "кг параметры, характеризующие среду, с которой взаимодействует система электронов (локализованных ловушками и делокализованных) при термостпмуляции, 0Л,- перенормированная температура.

При Я.1.2<0 уравнения (6) и (7) допускают только одно стационарное решение N=0, .1=0 которое устойчиво. При Д.и>0, уравнения (6) и (7) имеют два стационарных решения: неустойчивое N=0, .1=0 и устойчивое ,1=}.2-

Поэтому условие Д.1>0, может рассматриваться как условие существования стационарного состояния проводимости у окисного полупроводника за счёт делокализованных электронов. Д.2 в уравнении (7) является параметром, управляющим режимами ТСЭЭ. При Ь=0 (постоянная температура) Хг<0, что соответствует экспоненциальному затуханию эмиссии (послеэмисспя). При Ь>0 параметр Хг>0, что соответствует росту и образованию максимума эмиссионного тока.

Для учёта флуктуаций уравнения (6) и (7) записываются в стохастической форме, параметр X заменяется случайным стационарным процессом X, =Х|2где Я. 1.2 -

среднее значение параметра, ¿^ - внешний квазибелый шум, имеющий нулевое среднее значение и интенсивность ст2. Стохастической форме уравнения Ферхюльста сопоставлено уравнение Фоккера-Планка [3] для функции плотности вероятности р(М) и найдено его стационарное решение, описывающее вид ФПВ для эмиссионного тока при различных

температурах, наблюдавшийся экспериментально (рис. 6). При Х<0 это распределение является 8-функцией и соответствует тому, что ноль - единственное значение х (кривая 1 на рис.6). При промежуточных значениях температур 0<Х. и рО) является распределением Пуассона. Если 0 < >. < ст2/2, то ноль по-прежнему является наиболее вероятным, но уже не единственным значением j (кривые 2, 3, 4 на рис.6). Такой вид распределения соответствует локально-проводящему состоянию поверхностного окисла. Если X > ст2/2 - распределение р(0 принимает колоколообразный вид - соответствующий тому, что наиболее вероятным является значение 3 не равное нулю (кривые 6, 7 на рис.6). Такое распределение соответствует переходу в проводящее состояние всего окисного слоя.

Возможность применения стационарного решения уравнения Ферхюльста к температурному диапазону вблизи максимума эмиссионного тока обусловлена квазистационарным поведением в этом диапазоне, как самого тока, так и Х2.

Изменение соотношения между Я. и а2 с ростом температуры определяется природой генерационно-рекомбинационного шума в окисном слое, интенсивность которого пропорциональна концентрации VI ЭЛ, роль которых могут выполнять кислородные вакансии. Концентрация V] в поверхностном окисле выше равновесной вследствие диффузии кислорода внутрь металла, что эквивалентно диффузии кислородной вакансии из металла в оксид. Вследствие этого, даже при невысокой температуре стимуляции становится существенным процесс отжига, приводящий к уменьшению концентрации вакансий и уменьшению интенсивности шума.

Для учета процесса диффузии точечных дефектов в окпсный слой из объёма металла, уравнение (I), модифицировано следующим образом:

у = -ру + А,(у,-у)Ы + А4Ум, (8)

Здесь А4 - вероятность перехода точечных дефектов из металла в окисел; ум -концентрация точечных дефектов в металле.

Показано, что в квазнстационарном для N случае при Аг»А|(У|-у), уравнение (8) сводится к модели Арнольда-Хорстхемке-Лефевра:

±£. = а-у. + Я.гу.(1-у.), (9)

аО

где у. = у/у, , Я.г=А,у,/А2, а = л4ум/ру, .

Записанному в стохастической форме уравнению (9), сопоставлено уравнение Фоккера-Планка и найдено его стационарное решение р8(у.). Показано, что при

некоторых а2*0 и а*0 функция р„(у„) имеет два максимума, что соответствует возникновению бистабильного состояния системы заполненных ЭЛ. С ростом а, то есть с преобладанием процесса диффузии ловушек А4ум над процессом их термоионизации ру |,

бистабилыюе состояние сменяется на моностабплыюе с большой вероятностью

существования высокой степени заполненности ЭЛ.

Выводы

1. Разработана и изготовлена установка, позволяющая: производить интегральное измерение тока ТСЭЭ; визуализировать эмиссионно-актнвныс участки поверхности размером -1 см2, в том числе имеющие сильно развитый рельеф; сканированием изображения измерять пространственное распределение плотности эмиссионного тока, для исследования его вероятностных характеристик.

2. Результаты измерении эмиссионной активности образцов технически чистых меди и алюминия (положение максимумов эмиссионного тока на температурной оси, их сдвиг при изменении скорости нагрева) соответствуют известным литературным данным. Впервые проведены измерения темповой термостимулировапной эмиссии образца пористого материала ФНС-5 (сталь XI8H15-2), температурная зависимость которой имеет от одного до трех максимумов, что объясняется существованием на поверхности образца трех состояний окисла, обнаруженных методом оптической интерферометрии. Подтверждена зависимость положения максимумов эмиссионного тока от скорости нагрева. Установлена чувствительность ТСЭЭ к механической обработке поверхности образца ФНС-5, обусловленная разрушением поверхностного окисного слоя и образованием нового. Полученные экспериментальные результаты не противоречат ранее применявшимся для описания ТСЭЭ моделям. Оригинальными являются результаты экспериментального определения вида функции плотности вероятности эмиссионного тока. Обнаружено, что для материала ФНС-5 она может иметь гиперболический, двугорбый или колоколообразный вид.

3. Впервые система уравнений Блохинцева, описывающая ТСЭЭ в квазнстационарном приближении плотности свободных электронов, сведена к уравнению Арнольда-Хорстхемке-Лефевра - при диффузии точечных дефектов из объема металла в окисел, и к уравнению Ферхюльста - при отсутствии инжекции электронов в зону проводимости полупроводника и диффузии из металла в окисел точечных дефектов. Оба уравнения имеют стохастические варианты.

4. Анализ стохастического варианта уравнения Арнольда-Хорстхемке-Лефсвра показывает на возможность существования бистабильного состояния системы локализованных электронов в окисном полупроводнике, а уравнение Ферхюльста указывает на существование моностабильного состояния. Анализ подтвержден измерениями функции плотности вероятности для эмиссионного тока с поверхности, а также численными расчетами.

5. Впервые модель ТСЭЭ окисленного металла, рассмотренная с точки зрения нелинейного приближения системы уравнений Блохинцева, обобщая ранее

использовавшиеся модели, описывает экспериментально наблюдаемое колоколообразное изменение эмиссионного тока с ростом температуры, изменение положения его максимума на температурной оси в зависимости от глубины электронных ловушек е, электронного сродства полупроводника х, концентрации точечных дефектов (электронных ловушек) vj и скорости нагрева Ь. На основе численных способов разработана методика определения величин е, vi и частотных параметров, входящих в кинетические уравнения ТСЭЭ, по экспериментальной зависимости плотности эмиссионного тока от температуры. Получено для поверхностных окислов меди е=(1,16±0,04)эВ, х=(0^1±0,05)эВ, алюминия -е=(0,90±0,05)эВ, х=(0,26±0,05)эВ, материала ФНС-5 - е=( 1,19±0,04)эВ, х=(1,15±0,05) эВ, v|=( 1,2±0,6)* 102(,м"3.

Цитирован паи литература

1. Кортов B.C., Слесарев А.И., Рогов В.В. Экзоэмиссионный контроль поверхности деталей после обработки. Киев: Наукова думка, 1986. С. 173.

2. Нагорных С.Н., Куров И.Е., Геренрот М.Е. Определение параметров электронных ловушек в кристаллах с помощью ТСЭЭ. Радиационно-стимулированные явления в твердых телах. Свердловск: УПИ, 1980. С.37-40.

3. Horsthemke W„ Lefever R. Noise-Induced Transitions. Berlin, Springer, 1984. (Хорстхемкс В., Лефевр P. Индуцированные шумом переходы: теория и применение в физике, химии и биологии. М: Мир, 1987.С.397.)

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах: 1. Нагорных С.Н Павленков В.И. О возможности определения методом тсрмостимулированной электронной эмиссии параметров электронных ловушек в неоднородных слоях. //Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. Вып.5. С. 1-5.

2. Нагорных С.Н Павленков В.И. Визуализация ловушек в окисных полупроводниках с помощью термостимулированнон электронной эмиссии. // Письма в ЖТФ. 2005. Т.31. Вып.14. С. 40-44.

3. Нагорных С.Н Павленков В.И. Бифуркация Ферхюльста и уравнения Блохинцева в исследовании распределения электронной стимулированной эмисиип по поверхности окисленного металла. // Поверхность. 2006. №4. С. 14-18.

4. Нагорных С.Н Павленков В.И. О существовании бистабильных стационарных состояний концентрации электронных ловушек в поверхностных окислах металлов. // Письма в ЖТФ, 2006. Т.32. Вып.11. С. 6-10.

5. Варнавин С.В., Нагорных С.Н Павленков В.И, Циванюк К.В. Экзоэмиссионная диагностика усталостных повреждении поверхности металлов. Тезисы докладов

Всесоюзной конференции «Поверхности раздела, структурные дефекты и свойства металлов и сплавов». Череповец, 1988 г. С.48.

6. Павленков В.П., Цпванюк К.В., Нагорных С.Н. Устройство внзуапизацпп экзоэлектронной эмиссии стимулированной электрическим полем. Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Эмиссия с поверхности полупроводников, в том числе экзоэмиссня». Львов, 1989 г. С.37.

7. Цпванюк К.В., Павленков В.И., Сидорова А.И., Нагорных С.Н. Экзоэмнсспоиный анализ разрушения системы металл-покрытие. Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Эмиссия с поверхности полупроводников, в том числе экзоэмиссня». Львов. 1989 г. С. 38.

8. Куров И.Е., Цпванюк К.В., Жсбынев Д.А., Жсбыпева Н.Ф., Нагорных С.П., Варнавин C.B., Павленков В.И. Эмиссионный анализ разрушения титановых сплавов. Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Эмиссия с поверхности полупроводников, в том числе экзоэмиссня». Львов, 1989 г. С.36.

9. Варнавин C.B., Нагорных С.Н., Павленков В.И., Репина Г.В., Сысуев Ю.А., Цпванюк К.В. Экзоэмнссионнып анализ деформационных повреждений металлов. В кн. Физические основы прочности и пластичности. Межвузовский сборник научных трудов. Н.Новгород, НГПИ.1990. С. 121-124.

Ю.Лапин H.H.. Нагорных CH. Павленков В.И., Цветков А.И. Исследование дефектных поверхностен твердого тела с помощью термостимулпрованнон электронной эмиссии. Тезисы докладов XL11 Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» 26-29 мая 2004 г. Калуга. С. 105-106.

11. Нагорных С.Н., Павленков В.И. Бифуркация Ферхюльста и уравнения Блохинцева в исследовании распределения электронной стимулированной эмпенип по поверхности окисленного металла. Тезисы докладов XXXV международной копф. по физике взаимодействия заряженных частиц с крнстапламн. (Москва 31 мая - 2 июня 2005 г.), МГУ. С. 123.

Лицензия ИД № 04436 от 03.04.2001 Подписано в печать 17.10.2006.

Формат 60x84 1/16. Усл.печ.л. 1,5. Тир.ЮОэкз. Зак. 5263. Издатель: ГОУ ВПО «Арзамасский государственный педагогический институт им'. А.П.Гайдара», 607220, Арзамас, Нижегородская обл., ул. К.Маркса, 36

Участок офсетной печати.

ОАО «Арзамасская типография» 607220, Арзамас, Нижегородская обл., ул. Пландина, 8.

Использованные сокращения

Введение

Глава 1. Явление термостимулированной электронной эмиссии

1.1 Особенности термостимулированной эмиссии электронов

1.2 Способы регистрации термостимулированной эмиссии электронов

1.3 Модели термостимулированной эмиссии электронов

1.4 Поведение нелинейных детерминированных систем в среде с внешним шумом

Глава 2. Установка для эмиссионного исследования окисленной металлической поверхности

2.1 Основные элементы установки для исследования электронной эмиссии

2.2 Блок-схема установки для исследования термостимулированной эмиссии

2.3 Устройство визуализации электронной эмиссии

2.4 Сканирующее устройство

2.5 Условия проведения эксперимента

2.6.1 Подготовка образцов для исследования их эмиссионных свойств

2.6.2 Механическая обработка поверхности образца ФНС

2.6.3 Режимы деформации растяжения, применявшиеся при исследовании образцов методом ТСЭЭ

2.6.4 Режимы предварительной пластической деформации образца

2.7 Методика наблюдения поверхности образцов в плоскополяризованном свете

2.8 Электронно-оптические эффекты в системе визуализации электронной эмиссии

Глава 3. Результаты исследования окисленной металлической поверхности методом термостимулированной электронной эмиссии

3.1 Вид температурной зависимости эмиссионного тока при испытании образцов меди, алюминия и ФНС-5 в исходном состоянии

3.2 Неоднородности поверхностного окисла образца ФНС-5, обнаруженные при наблюдении его в поляризованном свете

3.3 Смещение максимумов эмиссионного тока на температурной оси в зависимости от скорости стимулирующего нагрева образцов

3.4 Влияние обработки поверхности образца ФНС-5 стальной щёткой на вид температурной зависимости эмиссионного тока

3.5 Влияние деформации растяжения образца ФНС-5 на эмиссионную активность его поверхности

3.6 Сдвиг максимума температурной зависимости эмиссионного тока вследствие пластической деформации образца ФНС-5 при вдавливании стального шара

3.7 Сдвиг максимума температурной зависимости эмиссионного тока вследствие пластической деформации образца ФНС-5 при холодном прокате

3.8 Уменьшение высоты максимумов ТСЭЭ при повторном испытании образцов и предварительном их отжиге в вакууме

3.9 Изменение распределения плотности эмиссионного тока по поверхности образца ФНС-5 в процессе темостимуляции

3.10 Темновая электронная эмиссия при циклическом кручении магниевых образцов

Глава 4. Определение электронных свойств окисленных поверхностей методом ТСЭЭ

4.1 Нестационарное приближение кинетических уравнений для ТСЭЭ

4.2 Квазистационарное для плотности свободных электронов приближение кинетических уравнений для ТСЭЭ

4.3.1 Квазистационарное для плотности свободных электронов приближения в случае пренебрежимо малой по сравнению с А2 величины AiV!

4.3.2 Оценка значения энергетического уровня электронных ловушек по температуре максимума ТСЭЭ для квазистационарного приближения плотности свободных электронов в случае пренебрежимо малой по сравнению с кг величины AjVi

4.3.3 Вывод формул для определения энергетического уровня электронных ловушек и сродства электрона в зоне проводимости в рамках нелинейного квазистационарного приближения для плотности свободных электронов в случае пренебрежимо малого, по сравнению с Аг, значения А1 v;

4.3.4 Расчёт энергии электронных ловушек и сродства электрона в зоне проводимости диэлектрического окисного слоя в случае пренебрежимо малого, по сравнению с Аг, значения AiVi

4.4 Вывод формул для расчёта энергии электронных ловушек и сродства электрона в зоне проводимости диэлектрического окисного слоя в квазистационарном приближении для плотности свободных электронов в случае AiVi«A

4.5 Вывод формул для расчёта энергии электронных ловушек и сродства электрона в зоне проводимости диэлектрического окисного слоя в квазистационарном приближении для плотности свободных электронов в случае AiVi»A

4.6 Определение степени компенсации полупроводникового окисного слоя и концентрации в нём электронных ловушек vi

4.7 Расчёт изменения энергетического состояния диэлектрического окисного слоя вследствие пластической деформации образца

4.8 Переход системы «заполненные электронные ловушки - свободные электроны» к равновесному состоянию - послеэмиссия

4.9 Равновесная концентрация плотности заряженных ловушек в диэлектрическом окисном слое при отсутствии эмиссии электронов в вакуум

4.10 Квазистационарное для плотности заполненных ловушек приближение ТСЭЭ /

Глава 5. Индуцированные шумом переходы в электронной системе поверхностного окисла

5.1. Соотношение системы уравнений Блохинцева и модели Ферхюльста

5.2. Влияние шума среды на распределение плотности эмиссионного тока по поверхности

5.3 Бистабильные состояния плотности заполненных электронных ловушек в окисных полупроводниках и влияние на условие их возникновения диффузии точечных дефектов из металла в окисел

Современное производство предъявляет все более высокие требования к качеству поверхностных слоев материалов и изделий, поскольку их состоянием во многих случаях определяется поведение всего объема материала, его эксплуатационные характеристики. В связи с этим задача изучения физических процессов, происходящих на поверхности, является весьма актуальной. Создание новых методов обработки поверхности, увеличение прочности материалов, их коррозионной стойкости, повышение качества элементов микроэлектроники - лишь некоторые из проблем, связанных с поверхностью твердого тела. Их решение требует разработки новых, современных методов исследования тонких поверхностных слоев, контроль свойств которых с применением традиционных методов и средств затруднителен.

Один из перспективных физических методов исследования и неразрушающего контроля поверхности материалов основан на эффекте стимулированной эмиссии (экзоэмиссии) электронов.

Это явление представляет собой нестационарную электронную эмиссию с поверхности твердого тела, которая находится в неравновесном (возбужденном вследствие деформации, облучения, закалки и т.п.) состоянии. Экзоэмиссия электронов происходит при внешнем стимулирующем воздействии в виде тепла (термостимулированная электронная эмиссия - ТСЭЭ) или света (фотостимулированная электронная эмиссия - ФСЭЭ) с энергией ниже порога возникновения стационарных эмиссионных эффектов (термо- или фотоэмиссии) [1].

Физическая природа изменений, происходящих в поверхностном слое в результате внешних воздействий, может быть различной, однако их влияние на эмиссионные свойства сводится к изменению энергетических и концентрационных характеристик [2].

Особенностями метода стимулированной эмиссии электронов, ограничивающими его применение, являются сложность поддержания постоянных условий измерений при использовании газоразрядных счетчиков, а в случае применения вторично-электронных умножителей - необходимость проведения измерений в вакууме.

Актуальность работы.

Электронная система поверхностных слоев твердых тел во многих случаях определяет рабочие характеристики технических устройств: катализаторов [3], электродов, зондов наномикроскопии. Контроль состояния поверхности важен при решении задач порошковой металлургии [4], эмиссионной электроники [5], микроэлектроники [6,7]. Одним из средств неразрушающего контроля поверхности является метод термостимулированной электронной эмиссии (ТСЭЭ). Низкие температуры стимуляции, малая величина эмиссионного тока, делают этот метод перспективным для исследования неравновесных состояний поверхности. В ряде случаев (фазовые переходы [8,9], пластическая деформация, разрушение [10,11]) стимулированная электронная эмиссия отражает характер и интенсивность процессов, происходящих не только на самой поверхности твердого тела, но и в его объёме [12,13].

На практике ТСЭЭ часто используется для получения лишь качественных характеристик состояния поверхности, изменяющейся в результате какого-либо воздействия (облучения [14,15], химической, термической [16] или механической [17] обработки), или как индикатор процессов, протекающих в твердых телах. Одна из причин такого положения - недостаточно разработанная теория явления ТСЭЭ.

Использовавшиеся рядом авторов для описания кинетики ТСЭЭ нелинейные уравнения Блохинцева рассматривались только в линейном приближении, что ограничивало применимость полученных выводов [18]. Нелинейные свойства кинетических уравнений Блохинцева применительно к ТСЭЭ не были исследованы, хотя в ряде практически важных случаев они являются определяющими, например, при изучении неоднородных материалов. Не рассматривалась возможность описания ТСЭЭ с помощью моделей Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра (АХЛ) [19], стохастические варианты которых позволяют исследовать поведение функции плотности вероятности случайных флуктуирующих величин к которым, в частности относится плотность эмиссионного тока и концентрация свободных электронов в окисном слое металла. Таким образом, информационные возможности метода ТСЭЭ далеко не исчерпаны.

Актуальным является исследование нелинейного приближения системы кинетических уравнений ТСЭЭ и разработка на его основе новых способов определения количественных характеристик поверхности твердых тел (концентрации точечных дефектов, их энергетического спектра, электронного сродства и т.д.) по результатам измерений эмиссионного тока как интегральной характеристики поверхности. Так же актуально изучение закономерностей пространственного распределения плотности эмиссионного тока с позиций стохастических моделей Ферхюльста и АХЛ, позволяющих исследовать индуцированные шумом переходы в электронной системе окисного полупроводника. Соответственно, требуется разработка способов измерения распределения эмиссионного тока по поверхности, в том числе с развитым рельефом, поскольку классические электронно-оптические системы требуют высокой чистоты обработки исследуемой поверхности [20].

Из сказанного следует, что тема диссертационной работы представляет интерес, как для практического использования её результатов, так и с точки зрения дальнейшего развития теории ТССЭ.

Цель настоящей работы заключалась в следующем:

1) На основе нелинейного приближения кинетических уравнений Блохинцева для ТСЭЭ, разработать методику определения глубины электронных ловушек s, электронного сродства полупроводника концентрации электронных ловушек V] и начальной концентрации заполненных электронных ловушек vo в окисных слоях металлов;

2) Исследовать вероятностные характеристики ТСЭЭ, установить их связь с состоянием электронной системы окисного полупроводника и интенсивностью процессов (структурных изменений) происходящих в объёме металла.

Для выполнения сформулированных целей необходимо решить следующие задачи.

1. Сконструировать и изготовить установку для измерения интегрального потока эмитирующих электронов и получения электронного изображения достаточно большой площади поверхности образца позволяющего проводить вероятностные исследования плотности эмиссионного тока.

2. На основе решения нелинейного квазистационарного приближения кинетических уравнений ТСЭЭ разработать методику расчёта характеристик электронной системы окисных полупроводников на поверхности металла по параметрам экспериментально определяемой зависимости эмиссионного тока от температуры.

3. Рассмотреть возможность теоретического описания ТСЭЭ с помощью детерминированных уравнений Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра.

4. Рассмотреть возможность теоретического описания явления ТСЭЭ как неравновесного процесса, протекающего во флуктуирующей среде с помощью стохастических моделей Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра, а также установить влияние диффузии точечных дефектов из металла в окисел на параметры ТСЭЭ.

5. Провести экспериментальное обоснование предложенной теории на образцах различных материалов: как ранее исследовавшихся методом ТСЭЭ (технически

11 чистые медь и алюминий), так и новых. Поскольку возможность исследования неравновесных состояний является преимуществом ТСЭЭ, для исследования выбран сильно неравновесный, в виду особенностей производства, материал ФНС-5 (фильтровальный материал из нержавеющей стали Х18Н15-2), имеющий широкое применение в технике.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Описание процесса термостимулированной электронной эмиссии с помощью нелинейного квазистационарного приближения системы кинетических уравнений Блохинцева, а так же уравнений Ферхюльста и Арнольда-Хорстхемке-Лефевра в детерминированной и стохастической формах.

2. Методика расчёта характеристик окисного полупроводника (концентрации электронных ловушек, положения энергетического уровня электронных ловушек относительно дна зоны проводимости, электронного сродства) по экспериментальной зависимости плотности эмиссионного тока от температуры.

3. Конструкция установки, позволяющей измерять пространственное распределение плотности тока термостимулированной электронной эмиссии с поверхностей, в том числе имеющих развитый рельеф.

4. Результаты определения параметров интегральной темновой термостимулированной электронной эмиссии с окисного слоя материала ФНС-5 и температурная зависимость вида функции плотности вероятности для эмиссионного тока с поверхности образца.

Выводы

1. Разработана и изготовлена установка, позволяющая: производить интегральное измерение тока ТСЭЭ; визуализировать эмиссионно-активные участки поверхности размером ~1 см2, в том числе имеющие сильно развитый рельеф; сканированием изображения измерять пространственное распределение плотности эмиссионного тока, для исследования его вероятностных характеристик.

2. Результаты измерений эмиссионной активности образцов технически чистых меди и алюминия (положение максимумов эмиссионного тока на температурной оси, их сдвиг при изменении скорости нагрева) соответствуют известным литературным данным. Впервые проведены измерения темновой термостимулированной эмиссии образца пористого материала ФНС-5 (сталь Х18Н15-2), температурная зависимость которой имеет от одного до трёх максимумов, что объясняется существованием на поверхности образца трёх состояний окисла, обнаруженных методом оптической интерферометрии. Подтверждена зависимость положения максимумов эмиссионного тока от скорости нагрева. Установлена чувствительность ТСЭЭ к механической обработке поверхности образца ФНС-5, обусловленная разрушением поверхностного окисного слоя и образованием нового. Полученные экспериментальные результаты не противоречат ранее применявшимся для описания ТСЭЭ моделям. Оригинальными являются результаты экспериментального определения вида функции плотности вероятности эмиссионного тока. Обнаружено, что для материала ФНС-5 она может иметь гиперболический, двугорбый или колоколообразный вид.

3. Впервые система уравнений Блохинцева, описывающая ТСЭЭ в квазистационарном приближении плотности свободных электронов, сведена к уравнению Арнольда-Хорстхемке-Лефевра - при диффузии точечных дефектов из объёма металла в окисел, и к уравнению Ферхюльста - при отсутствии инжекции электронов в зону проводимости полупроводника и диффузии из металла в окисел точечных дефектов. Оба уравнения имеют стохастические варианты.

4. Анализ стохастического варианта уравнения Арнольда-Хорстхемке-Лефевра показывает на возможность существования бистабильного состояния системы локализованных электронов в окисном полупроводнике, а уравнение Ферхюльста указывает на существование моностабильного состояния. Анализ подтвержден измерениями функции плотности вероятности для эмиссионного тока с поверхности, а также численными расчетами.

5. Впервые модель ТСЭЭ окисленного металла, рассмотренная с точки зрения нелинейного приближения системы уравнений Блохинцева, обобщая ранее использовавшиеся модели, описывает экспериментально наблюдаемое колоколообразное изменение эмиссионного тока с ростом температуры, изменение положения его максимума на температурной оси в зависимости от глубины электронных ловушек в, электронного сродства полупроводника % концентрации точечных дефектов (электронных ловушек) vi и скорости нагрева Ь. На основе численных способов разработана методика определения величин s, %, vi и частотных параметров, входящих в кинетические уравнения ТСЭЭ, по экспериментальной зависимости плотности эмиссионного тока от температуры. Получено для поверхностных окислов меди 8=(1,16±0,04)эВ, %=(0,41±0,05)эВ, алюминия -8=(0,90±0,05)эВ, х=(0>26±0,05)эВ, материала ФНС-5 - г=(1,19+0,04)эВ, х=(1Д5+0,05) эВ, vi=(1,2±0,6)*102V.

Заключение

При исследовании закономерностей ТСЭЭ в рамках реализации сформулированных во Введении целей выполнено следующее.

На основе микроканальных пластин МКП-34-10 и люминесцентного экрана разработано и изготовлено устройство визуализации потока электронов, эмитирующих при термостимуляции с окисленной поверхности металла. Получаемое изображение поверхности сканируется микрообъективом, с регистрацией светового потока фотоэлектронным умножителем и записью сканограммы. Это позволяет измерять не только температурную зависимость плотности эмиссионного тока, но её распределение по поверхности образца на достаточно большой, для исследования статистических закономерностей, площади.

Устройство визуализации смонтировано на серийной установке ИМАШ 20-78, что даёт возможность проводить измерение эмиссии при деформации образца растяжением и осуществлять термостимуляцию с различной скоростью нагрева.

Измерения проводились на образцах технически чистых меди и алюминия, известных эмиссионной активностью при термостимуляции, и на материале ФНС-5, ранее не исследовавшемся этим методом. В силу особенности производства, поверхность ФНС-5 находится в неравновесном состоянии, имеет окисный слой с высокой концентрацией точечных дефектов и обладает высокой эмиссионной активностью. Таким образом, ФНС-5 позволяет использовать преимущества ТСЭЭ как метода исследования неравновесных состояний, и провести экспериментальную проверку модели ТСЭЭ, учитывающей повторный захват электронов ловушками.

Обнаружена чувствительность параметров ТСЭЭ к деформации поверхности образца ФНС-5. При различных температурах и скоростях нагрева получены сканограммы изображения его поверхности, на основе которых построены функции плотности вероятности для распределения эмиссионного тока по поверхности.

Теоретически исследована система кинетических уравнений Блохинцева, записанная для ТСЭЭ поверхности окисных полупроводников. Рассмотрены её квазистационарные для концентрации свободных электронов и заполненных электронных ловушек приближения. Предложена методика определения электронных характеристик окисла - электронного сродства, глубины электронных ловушек и их концентрации, по экспериментально измеряемой температурной зависимости эмиссионного тока.

Показано, что система уравнений Блохинцева в квазистационарном случае для концентрации свободных электронов сводится к моделям Ферхюльста или Арнольда-Хорстхемке-Лефевра. Записаны стохастические варианты указанных моделей, учитывающие действие на электронную систему окисла внешнего мультипликативного шума. Показано, что вид экспериментально полученного распределения плотности эмиссионного тока по поверхности окисного полупроводника при различных температурах и скоростях нагрева соответствует распределениям, теоретически полученным на основании модели Ферхюльста, и зависит от интенсивности генерационно-рекомбинационного шума. На основе модели Арнольда-Хорстхемке-Лефевра установлено, что возможно возникновение бистабильного состояния системы заполненных электронных ловушек в окисном полупроводнике. Условие возникновения бистабильности связано с интенсивностью процесса диффузии точечных дефектов из металла в окисел, что открывает дополнительные возможности использования ТСЭЭ для контроля деформационных процессов в твердых телах.

Таким, образом, можно констатировать, что основные цели, диссертационной работы, сформулированные во Введении, достигнуты.

1. Крамер И. В сб. Экзоэлектронная эмиссия. М.: ИЛ, 1962.С.48.

2. Кортов B.C., Слесарев А.И., Рогов В.В. Экзоэмиссионный контроль поверхности деталей после обработки. Киев: Наукова думка, 1986. С.173.

3. Волькенштейн Ф.Ф., Кузнецов B.C., Сандомирский Б.Б. Хемосорбционные и каталитические свойства полупроводниковой плёнки на металле. // Кинетика и катализ. T.III. вып.5. 1962. С.712-723.

4. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1977. С.254.

5. Сагалович Г.Л., Мелехин В.П., Дехтяр Ю.Д. Экзоэлектронная спектроскопия дефектов твердого тела. Рига (Латвийское респ., правление НТО машиностроительной промышленности), 1981. С.80.

6. Акменев Р.А., Гавардин Я.Л., Дехтяр Ю.Д., Сагалович Г.Л, Казикова Е.А., Виноградов А.Я. К возможности экзоэмиссионного анализа электронной структуры плёнок аморфного кремния.//ФТТ.Т.31, Вып. 1. 1989. С.102-105.

7. Виленский А.И., Клюев В.А., Топоров Ю.П., Ревина Е.С. Влияние гетерогенности диэлектрической пленки на процесс ее активации и параметры наблюдаемой с нее термостимулированной экзоэлектронной эмиссии. //ПЖТФ, Т.23. № 6. 1997. С.90-93.

8. Н.А.Захаров, Т.В.Захарова В.А. Клюев, В.В.Горбачев. Экзоэлектронная эмиссия и критические явления в кристаллах CuCl. //ПЖТФ Т.27. Вып.8. 2001. С.43-46.

9. Захаров Н.А., Клюев В.А., Орловский В.П. Термостимулированная экзоэлектронная эмиссия при структурном переходе Саю(Р04)б(0Н)2. //ПЖТФ. Т.27. Вып.4. 2001.С. 1-3.

10. Абрамова К.Б., Щербаков И.П., Русаков А.И., Семенов А.А. Эмиссионные процессы, сопровождающие деформирование и разрушение металлов. //ФТТ. Т. 41. Вып.5. 1999. С. 841-843.

11. Schlenk W. Investigation of the thermally stimulated exoelectron emission (TSEE) from the aluminium surfaces. //Phys. stat. sol. V.33. № 1. 1976. P. 217-225.

12. Нагорных С.Н., Демин Ю.А. О возможности исследования диффузии вакансий при пластической деформации металлов с помощью стимулированной электронной эмиссии. //ФММ. Т.46.1979. С.650-653.

13. Пантелеев В.А., Ершов С.Н., Черняховский В.В., Нагорных С.Н. Определение энергии миграции вакансий собственных междоузельных атомов в кремнии в интервале температур 400-600 К. //ПЖТФ Т.23. Вып. 12. С.688-891.

14. Слесарев А.И., Жамангулов А.А., Кидибаев М.М., Кортов B.C., Шульгин Б.В. Термостимулированная экзоэлектронная эмиссия кристаллов фторидов лития и натрия, активированных ураном. //ПЖТФ. Т.26. Вып.9. 2000. С.60-64.

15. Рисин В.Е., Сидоркин А.С., Зальцберг B.C., Грибков С.П. Влияние радиационных дефектов на экзоэлектронную эмиссию с ниобата лития. //ФТТ. Т.30. Вып. 8. 1988. С.2544-2546.

16. Болдырев В.И., Векслер А.С., Гаврилюк А.А. Влияние термической обработки аморфного металлического сплава Fe64Co2iBi5 на спектральные особенности экзоэлектроной эмиссии. //ПЖТФ. Т.26. Вып. 12. 2000. С.76-81.

17. Клюев В.А., Кутузова О.А., Ревина Е.С., Топоров Ю.П. Влияние механоактивации на экзоэмиссионные свойства активированного угля. //ПЖТФ. Т.27. Вып.5. 2001. С. 3235.

18. Нагорных С.Н., Куров И.Е., Геренрот М.Е. Определение параметров электронных ловушек в кристаллах с помощью ТСЭЭ. Радиационно-стимулированные явления в твердых телах. Свердловск: УПИ, 1980. С.37-40.

19. Horsthemke W., Lefever R. Noise-Induced Transitions. Berlin, Springer, 1984. (Хорстхемке В., Лефевр P. Индуцированные шумом переходы: теория и применение в физике, химии и биологии. М: Мир, 1987.С.397.)

20. Кельман В.М., Явор С.Я. Электронная оптика. Л.:Наука,1968.С.486.

21. Носенко Б.М., Ясколко В.Я. О соотношении между рекомбинационной люминесценцией и экзоэмиссией. Тр. Ташкентск. ун-та,1963, вып. 221. С. 84-97.

22. Крылова И.В. Новые достижения в экзоэмиссии и учебный эксперимент в высшей школе. //Учебный эксперимент в высшей школе. №1. 1999. С.13-26.

23. Шкилько A.M., Креснин А.А. Применение экзоэлектронной эмиссии для исследования физико-химических свойств материалов. Харьков, УЗПИ, 1980. С.76.

24. Bohun A., Dolejsi J. Czech.J.Phys. N9. 1958. Р.578.

25. Sharmann A. Exoelectron emission, phenomena and parameters. 4th international symposium on exoelectron emission and dosimetry. Liblice, 1973. P. 12-29.

26. Минц Р.И., Мильман И.И., Крюк В.И. Экзоэлектронная эмиссия полупроводников. //УФН. Т.119. Вып.4.1976. С. 749-766.

27. Рабинович Э. Экзоэлектроны. //УФН. Т.127. Вып. 1. 1979. С 163-174.

28. Минц Р.Н., Кортов B.C. О деформационном возбуждении металлов. //Изв. вузов. Физика. №3.1968. С.44-50.

29. Шоршоров М.Х., Жебынев Д.А., Алехин В.П., Шнырев Г.Д. О кинетике интенсивности ЭЭЭ с алюминия, деформированного растяжением в вакууме. //ФиХОМ. №4. 1973. С.72-79.

30. Гельман А.Г., Ройх И.Л. О связи экзоэлектронной эмиссии магния с окислением и деформационным возбуждением. //ФТТ. Т.12, Вып.12. 1970. С. 3400-3403.

31. Гельман А.Г., Ордынская В.В., Ройх И.Л. К вопросу о кинетике экзоэлектроной эмиссии с окисляющихся металлических поверхностей. //Украинский физический журнал. Т. XV. №2.1971.С.320-322

32. Krylova I.V. The physico-chemical nature of exoelectron emission. 4th international symposium on exoelectron emission and dosimetry. Liblice, 1973. P.145-153.

33. Зацепин А.Ф., Мазуренко В.Г., Кортов B.C., Калентьев В.А. Термостимулированная экзоэлектронная эмиссия кристаллов кварца при многофононной ионизации радиационных Е-центров. //ФТТ. Т.ЗО. Вып. 11. 1988. С.3472-3474.

34. Огородников И.Н., Кирпа В.И., Кружалов А.В., Поротников А.В. Термостимулированная эмиссия электронов и фотонов в нелинейных кристаллах 1ЛВ3О5. //ЖТФ. Т. № 7. 997. С. 121-125.

35. Нагорных С.Н. Роль вакансионных дефектов в стимулированной (экзоэлектронной) эмиссии металлов. Канд. дисс. Горький. 1975. С.132.

36. Ершов С.Н. Исследование миграции собственных точечных дефектов в различном зарядовом состоянии в элементарных полупроводниках. Автореферат, на соискание учен, степени к.ф-м.н. Горький. 1978. С. 15.

37. Бичевин В.В., Кяэмбре Х.Ф. Электронная эмиссия при рекомбинации дефектов Френкеля. //ПЖЭТФ. Т.44. Вып.4. С.177-179.

38. Закревский В.А., Шульдинер А.В. Электронные возбуждения, возникающие вследствие пластического деформирования ионных кристаллов. //ФТТ. Т.41. Вып.5. 1999. С. 900-902.

39. Baxter W.Y. Jn.Res.Tech. Nondestruct Test. London, 1977. V.3. P.395-428.

40. Кортов В.С, Слесарёв А.И., Новикова B.C. Эмиссионная активность структурных дефектов.//ФММ. №5. 1974. С.1108-1110.

41. Закревский В.А., Николаев В.И., Смирнов Б.И., Шульдинер А.В. Эмиссионные явления при двойниковании кристаллов. //ФТТ. Т.34 Вып. 3. 1992. С.958-988.

42. Шкилько А.М, Гордеев С.И., Троицкий С.В. Оже-механизм распада электронных дефектов при термостимулированной экзоэмиссии. //ФТТ. Т.ЗО. Вып. 10. 1988. С.3138-3140.

43. Монахов А.В., Кортов B.C., Слесарев А.И. О роли электронных и дырочных центров в экзоэмиссии оксида магния. //ФТТ. Т.ЗЗ. Вып. 6. 1991. С.1915-1917.

44. Векслер А.С., Гаврилюк А.А., Морозова И.Л., Семенов А.Л. Особенности экзоэлектронной эмиссии в аморфных металлических сплавах. //ФТТ. Т.43. Вып. 12. 2001. С.2113-2116.

45. Нагорных С.Н., Геренрот М.Е., Куров И.Е. Диагностирование реальной поверхности твердых тел с помощью термостимулированной экзоэлектронной эмиссии (ТСЭЭ). //ФХОМ. № 5. 1982. С. 32-35.

46. Кирпа В.И., Кортов B.C., Тале И.А., Слесарев А.И. Диффузионно-контролируемый туннельный механизм экзоэлектронной эмиссии в LiF. //ФТТ. Т.31. Вып. 9. 1989. С.264-266.

47. Сидоркин А.С., Пономарёва Н.Ю., Миловидова С.Д. Электронная эмиссия в сегнетоэлектриках с различной величиной коэрцитивного поля. //ФТТ. Т.41. Вып. 9. 1999. С.1675-1678.

48. Рогазинская О.В., Миловидова С.Д., Сидоркин А.С., Сидоркин А.А. Термостимулированная электронная эмиссия полярного скола кристалла триглицинсульфата. //ФТТ. Т.43. Вып. 7. 2001. С. 1272-1274.

49. Сидоркин А.А., Сидоркин А.С, Рогазинская О.В., Миловидова С.Д. Термостимулированная эмиссия электронов в параэлектрической фазе кристалла ТГС с примесью хрома. //ФТТ.Т.45. Вып. 5. 2003. С.892-895.

50. Сидоркин А.А., Сидоркин А.С., Рогазинская О.В., Миловидова С.Д. Термостимулированная эмиссия электронов в параэлектрической фазе кристалла триглицинсульфата, нагреваемого с большой скоростью. //ФТТ. Т.44. Вып. 2. 2002. С.344-346.

51. Н.А.Захаров, В.А. Клюев, Ю.П. Топоров, Т.В.Захарова. Экзоэлектронная эмиссия кристаллов LiJ03. //ПЖТФ. Т.26. Вып.З. 2000. С.35-37.

52. Рабкин Л.М., Иванов В.Н. Энергия электронов при экзоэлектронной эмиссии с сегнетоэлектрика. //ПЖТФ. Т.24. № 14. 1998. С.54-57.

53. Иванов В.Н., Рабкин JI.M. Распределение потенциала в сегнетокерамике при экзоэлектронной импульсной эмиссии электронов. //ЖТФ. Т.12. Вып. 8. 2002. С.27-33.

54. Грибков С.П., Зальцберг B.C., Носова В.И., Рисин В.Е. Исследование послеэмиссии экзоэлектронов с кристаллов ниобата лития. //ФТТ Т.ЗЗ. Вып. 2. 1991. С.641-643.

55. Мусатов A.JL, Израэлянц К.Р., Образцов Е.Д., Иванова С.Р., Скабалланович Т.А. Низковольтная нестационарная электронная эмиссия из одностенных углеродных нанотрубок экзоэлектронная эмиссия. //ПЖЭТФ. Т.82. Вып.1. 2005.С. 52-54.

56. Гельман А.Г. Устойчивые измерения экзоэлектронной эмиссии открытым воздушным счётчиком. М.: ПНТПО ГОСИНТИ. №18. 1966. С.14.

57. Маламбетов Д.М., Реснянский В.Ф. В сб. Исследование поверхности конструкционных материалов методом экзоэлектронной эмиссии. Свердловск, УПИ, 1969. С. 46-54.

58. Чистяков П.И, Татаринова Н.В. //ЖТФ. Т.35. 1965. С.1333.

59. Татаринова Н.В. //Поверхность. №8. 1993. С.11-18.

60. Гаприндашвили А.И. ВЭУ как детектор экзоэлектронов. В кн.: Техника и методика регистрации экзоэмиссии и акустической эмиссии. Изд-во Уральский политехнический институт. № 215. 1973.С. 26-31.

61. Мелехин В.П. В сб. Исследование поверхности конструкционных материалов методом экзоэлектронной эмиссии. Свердловск. УПИ. 1973. С.90.

62. Айнбунд М.Р., Поляков Б.В. Вторично-электронные умножители открытого типа и их применение. М.:1981, Энергоиздат. С.140.

63. Алимов В.И., Минц Р.И. Экзоэлектронная диагностика и прогнозирование усталостной прочности материалов. //Дефектоскопия. №3. 1977.С.20-33.

64. Гаврилов Л.Ф., Соловьев А.Л. Измерения экзоэмиссии с помощью канального умножителя. В кн.: Техника и методика измерения экзоэлектронной эмиссии. Свердловск. УПИ. 1973. С.32-34.

65. B.C. Кортов, А.И. Слесарёв, B.C. Новикова. Сканирующий экзоэмиссионный дефектоскоп. Свердловск, 1974. (Информ. письмо ЦНТИ № 76-74.). С.12.

66. Слесарёв А.И., Новикова B.C. ФСЭЭ двумерных дефектов металла. В кн.: Атомная и молекулярная физика. Свердловск. УПИ. 1976. С. 75-77.

67. Braunlich P.F Пат. 3715583 (США). Surface imaging utilizing exoelectron emission. Опубл. 02.02. 73.(Изображение поверхности с использованием экзоэлектронного микроскопа)

68. Braunlich P.F. Пат. 3758778 (США). Surface imaging exoelectron microscope. Опубл. 09.11.74. (наблюдение поверхности экзоэлектронным микроскопом)

69. Берковский А.Г., Гаванин В.А., Зайдель И.Н. Вакуумные фотоэлектронные приборы. М.: Радио и связь, 1988. С. 272.

70. Baxter W. J., Rouze S.R. A photoemission electron microscope using an electron multiplier avray. //Rev.Sei.Instrum V.44. №11.1973. P.1628-1629.

71. Shigeyuki Jamamoto. A versatile photostimulated exoelectron emission microscope as applied to observing mechanical damage on aluminum surfaces. //Japanese journal of applied physics. Vol.20, No5, May,1981, p. 971-978.

72. Braunlich P.F. The exoelectron microscope a new tool in surface science.- 4th Int. symp. on exoelectron emission and dosimetry. Libice, 1973. P.30-54.

73. Кортов B.C., Минц Р.И. Установка для изучения экзоэлектронной эмиссии деформированных металлов. //Завод, лаб. Т.32. № 9.1966. С. 1144-1145.

74. Мелехин В.П., Кортов B.C., Минц Р.И. Установка для измерения экзоэлектронной эмиссии и работы выхода электрона при деформации металлов. //Завод, лаб. Т. 35. №8. 1969. С.996-998.

75. Закревский В.А., Пахотин В.А. Распределение центров механоэмиссии на поверхности деформируемых полимеров //Высокомолекулярные соединения. Т. XXV. №12. 1983. С. 2617-2621.

76. Нассенштейн Г. Электронная эмиссия с поверхности твердых тел после механической обработки и облучения. /В кн. Экзоэлектронная эмиссия. Ред. Кобозев Н.И. М.: Изд . иностр. лит. 1962. С.306.

77. Balarin М., Zeizsche A. Bestimmung der Aktivierundsenergie fur die Beweglichkeit von Gitterdefekten durch Zeitlineares Aufheizen. Phys.stat. sol. 1962/ V.2.P. 1670.

78. Baros L. Szillard testek exoelektron emissioja. Fiz.szemle. 1976. V.26. N4.P.121-131.

79. Бичевин B.B. Связь пиков ТСЭЭ и TCJI с параметрами кинетики. В кн.: Радиационно-стимулированные явления в твердых телах. Вып.5 Межвуз. сб. Свердловск. УПИ. 1983. С. 26-30.

80. Адирович Э.А. Некоторые вопросы теории люминесценции кристаллов. ГИТЛ, 1956. С.155.

81. Nagornykh S.N. On exoelectron Emission Kinetics under Strain Exitation of Metals. 4th international symposium on exoelectron emission and dosimetry. Liblice, 1973. P. 178-192.

82. Бичевин B.B. О погрешности квазистационарного приближения при определении концентрации электронов проводимости в диэлектриках. АН ЭССР. Тр. института физики. Т.49.С. 185-191.

83. Smith R.A. Semiconductors. Cambridge. 1978. (Р.Смит. Полупроводники. М.Мир.1982. С. 560.)

84. Blatt F.J. Physics of electronic conduction in solids. Mc GRoW-Hill Book Company. 1968. (Ф.Блатт. Физика электронной проводимости в твердых телах. М.Мир.1971 С.470.)

85. Киселев В.Ф., Козлов С.Н., Зотеев А.В. Основы физики поверхности твердого тела. М.: Изд.Московского университета. Физич. факультет МГУ, 1999.С.284.

86. Шкловский Б.И., Эфрос А.Л. Электронные свойства легированных полупроводников. М.: Наука, 1979. С.416.

87. Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. М.:Наука, 1966. С.564.

88. Гудыма Ю.В. Стохастически индуцированный гистерезис в оптической генерации носителей. //ПЖТФ. Т.24. № 14. 1998. С.1-4.

89. Логинов В.М., Лешаков О.Э. Индуцированные шумом переходы в системе коагулирующих частиц. //ПЖТФ. Т.27. Вып.15. 2001. С.9-14.

90. Олемский А.И., Харченко Д.О. Кинетика фазового перехода сингулярным мультипликативным шумом. //ФТТ. Т.42. Вып. 3. 2000. С.520-526.

91. Бутковский О.Я., Кравцов Ю.А., Суровяткина Е.Д. Использование гистерезиса в бифуркационных системах для измерения шума. //ЖТФ. Т.67. №9. 1997. С. 128-131.

92. Стратонович Р.Л. Избранные вопросы теории флуктуаций в радиотехнике. М.Сов. радио. 1961. С. 276.

93. Установка типа ИМАШ 20-78. Техническое описание. Фрунзе, Минмашлегпром,1987. С.77.

94. Павленков В.И., Циванюк К.В., Нагорных С.Н. Устройство визуализации экзоэлектронной эмиссии стимулированной электрическим полем. Сб. Эмиссия с поверхности полупроводников, в том числе экзоэмиссия. Львов, 1989. С. 37.

95. Гугель Б.М. Люминофоры для электровакуумной промышленности. М.: Энергия, 1967. С. 256.

96. Данилин Б.С. Вакуумное напыление тонких пленок. М.: Энергия, 1967. С. 186.

97. Бутуслов М.М., Степанов Б.М., Фанченко С.Д. Электронно-оптические преобразователи и их применение в научных исследованиях. М.: Наука, 1978. С.432.

98. Айнбунд М.Р., Поляков Б.В. Вторичноэлектронные умножители открытого типа и их применение. М.: Энергоиздат, 1981. С. 140.

99. Канцельсон Б.В., Ларионов А.С., Калугин A.M. Электровакуумные электронные и ионные приборы. Справочник. Кн. 1. М.: Энергия, 1970. С. 672.

100. ЮО.Брусиловский Б.А. Кинетическая ионно-электронная эмиссия. М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 182.

101. Пластина микроканальная. Паспорт, г. Орджоникидзе, 1989 г. С.2.

102. Ю2.Умножитель вторично-электронный. ВЭУ-6. Паспорт, г. Орджоникидзе, 1989. С.4

103. Григорьев А.К., Грохольский Б.П. Порошковая металлургия и применение композиционных материалов. М.:Металлургия, 1988. С. 252.

104. Ю4.Шмелёв А.С. Промышленное освоение пористых лент из порошка нержавеющей стали и титана. //Порошковая металлургия. №1. 1971. С.99.

105. Листовые материалы, полученные методом проката порошков (проспект). г.Выкса, ОАО ВМЗ, 1999 г. С. 12.

106. Юб.Крушанский А.Н. Спекание изделий из металлических порошков. М.:Металлургия, 1979. С.68.

107. Ю7.Нагорных С.Н., Павленков В.И., Москаева Н.П. Некоторые способы регистрации экзоэлектронной эмиссии. //Учебный эксперимент в высшей школе. №1. 2004. С.37-49.

108. Ю9.Варнавин С.В., Нагорных С.Н., Павленков В.И., Циванюк К.В. Экзоэмиссионная диагностика усталостных повреждений поверхности металлов. Сб. Поверхности раздела, структурные дефекты и свойства металлов и сплавов. Череповец, 1988 г. С. 48.

109. Куров И.Е., Циванюк К.В., Жебынев Д.А., Жебынева Н.Ф., Павленков В.И., Нагорных С.Н., Варнавин С.В. Эмиссионный анализ разрушения титановых сплавов. Сб. Эмиссия с поверхности полупроводников, в том числе экзоэмиссия. Львов, 1989. С. 36.

110. Циванюк К.В., Павленков В.И., Сидорова А.И., Нагорных С.Н. Экзоэмиссионный анализ разрушения системы металл-покрытие. Сб. Эмиссия с поверхности полупроводников, в том числе экзоэмиссия. Львов, 1989. С.38.

111. З.Богданов Р.И. Нелинейные динамические системы на плоскости и их приложения (с решением проблемы Гильберта) М.: Вузовская книга, 2003, С.376.

112. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление. М.: Физматгиз 1963. С. 856.

113. Нагорных С.Н., Павленков В.И. О возможности определения методом термостимулированной электронной эмиссии параметров электронных ловушек в неоднородных слоях. //ПЖТФ. Т. 31. Вып. 5. 2005. С. 1-5.

114. Физико-химические свойства окислов. Справочник. Ред. Самсонов Г.В. М.: Металлургия, 1978. С.472.

115. Нагорных С.Н., Павленков В.И. Визуализация ловушек в окисных полупроводниках термостимулированной электронной эмиссией. //ПЖТФ. Т.31. Вып.14. 2005.С.40-44.

116. Нагорных С.Н., Павленков В.И. Бифуркация Ферхюльста и уравнения Блохинцева в исследовании распределения электронной стимулированной эмиссии по поверхности окисленного металла. //Поверхность. 2006. №4. С.14-18.

117. Нагорных С.Н., Павленков В.И. О существовании бистабильных стационарных состояний концентрации электронных ловушек в поверхностных окислах металлов. // ПЖТФ, 2006. Т.32. Вып.11. С. 6-10.