Электронная и магнитная структура монокристаллических феррит-гранотовых пленок с нарушенным слоем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.18 ВАК РФ

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ПРИКАРПАТСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ВАСИЛЯ СТЕФАНИКА

Г6,. Ой

'і онг ^

ЯВОРСЬКИЙ Богдан Ілліч

УДК 538.975+537.534.9

ЕЛЕКТРОННА І МАГНІТНА СТРУКТУРА МОНОКРИСТАЛІЧНИХ ФЕРИТ-ГРАНАТОВИХ

ПЛІВОК З ПОРУШЕНИМ ШАРОМ 01.04.18 - Фізика і хімія поверхні

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

Івано-Франківськ - 2000

исертацією є рукопис.

обота виконана в лабораторії фізики магнітних плівок рикарпатського університету ім. В.Стефаника Міністерства освіти і ;іуки України.

ауковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор »стафійчук Богдан Костянтинович, завідувач кафедри металофізики [рикарпатського університету ім. В.Стефаника

(фіцінні опоненти:

октор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Церба Іван Дмитрович, Львівський національний університет .і, І.Франка, кафедра фізики металів, м.Львів;

октор технічних наук, старший науковий співробітник Іащенко Валентин Павлович, Донецький фізико-технічний інститут м.О.О.Галкіна НАН України, завідувач відділу фізики дефектних вердих розчинів, м.Донецьк.

Іровідна установа: Інститут металофізики ім.Г.В.Курдюмова НАН /країни, відділ спектроскопії твердого тіла, м.Київ.

Іахист відбудеться “/7 жовтня 2000 р. о//годині на засіданні спеціалізованої іченоїради К.20.051.03 в Прикарпатському університеті ім. В.Стефаника за ідресою: 76000, м.Івано-Франківськ, вул. Шевченка, 57.

і дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Прикарпатського /ніверситету ім.В.Стефаника (вул.Шевченка, 57).

Автореферат розісланий “1$, “ вересня 2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради К.20.051.03

кандидат фізико-математичних наук^ _=>КЛАНІЧКА В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Серел багаточисельного класу феритових матеріалів особливе місце займають епітаксіальні плівкові структури на основі залізо-ітрієвого гранату (ЗІГ), які мають надзвичайно вузьку ширину лінії феромагнітного резонансу - 0,2-0,3 Е, намагніченість насичення порядку 1750 Гс і малі поля анізотропії. Це дозволяє застосовувати плівки ЗІГ у надвисокочастотних приладах деци- і сантиметрового діапазонів, а плівки з магнітною анізотропією типу "легка вісь" - у запам'ятовуючих пристроях.

З другої сторони, радіопристрої на спінових хвилях мають ще й ту перевагу, що у них можна здійснювати перенастроювання центральної частоти під дією зовнішнього магнітного поля, що значно спрощує їх при високій компактності. У зв’язку з цим до магнітних матеріалів з структурою гранату, які би задовільняли вимогам надвисокочастотної техніки, ставляться надзвичайно високі вимоги, що примушує використовувати нетрадиційні технологічні методи і застосовувати нові напрями і технології.

У багатьох галузях сучасного приладобудування для керування електромагнітними властивостями матеріалів та подавлення жорстких циліндричних магнітних доменів широко використовується іонна імплантація. І хоча вона стала невід’ємною частиною технологічного процесу виготовлення мікроелектронних запам’ятовуючих пристроїв з циліндричними магнітними доменами на основі магнітних плівок рідкоземельних ферит-гранатів, є ще багато неясних питань, пов’язаних з дією іонного пучка. Зокрема, практично зовсім не вивчено вплив хімічно активних імплантованих іонів на формування електронної структури приповерхневого шару плівок, не встановлені закономірності її трансформації із зміною концентрації впроваджених іонів і радіаційних дефектів. Очевидно, що лише всебічне вивчення і розуміння процесів, які протікають при опроміненні іонами ферит-гранатових плівок, дозволить однозначно передбачити напрям трансформації їх електромагнітних властивостей.

По відношенню до епітаксійних монокристалічних плівок залізо-ітрієвого гранату іонна імплантація є найбільш перспективним на сучасному етапі технологічним процесом, який дозволяє цілеспрямовано модифікувати фізичні властивості приповерхневого шару монокристалічних плівок шляхом зміни його кристалічної і магнітної структури і оптимально вирішити питання отримання надвисокочастотних багатошарових структур. Тому проблема

цілеспрямованої модифікації фізичних властивостей приповерхневого шару монокристалічних ферит-гранатових плівок, яка забезпечує відповідність фізичних властивостей комплексу вимог НВЧ-техніці є однією з найбільш актуальних наукових і прикладних задач. У цій проблемі основним завданням є встановлення закономірностей формування кристалічної, магнітної і електронної структури приповерхневих шарів ЗІГ в процесі іонної імплантації і наступного відпалу з метою створення фізичних основ науково обгрунтованого керування електромагнітними властивостями плівок і прогнозування їх поведінки під час експлуатації.

Якщо дослідженню кристалічної структури іонно-імпланто-ваних рідкоземельних ферит-гранатових плівок присвячена значна кількість робіт, то дослідження трансформації електронної і магнітної структури чистих і частково заміщених плівок залізо-ітрієвого гранату під дією іонного опромінення і наступного відпалу носять фрагментальний характер, що не дозволяє створити єдину картину.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана у ході розробки наукових програм Національної Академії наук України та досліджень, пов'язаних із науковою тематикою Міністерства освіти і науки України.

Мета і задачі дослідження. Основною метою роботи було встановлення загальних закономірностей формування електронно-енергетичного спектра і магнітної мікроструктури вихідних і іонно-імплантованих епітаксійних плівок залізо-ітрієвого гранату в залежності від концентрації радіаційних дефектів і впровадженої домішки.

Досягнення поставленої мети вимагало залучення комплексу експериментальних (рентгенівська фотоелектронна та абсорбційна спектроскопія, конверсійна електронна месбауерівська спектроскопія, рентгеноструктурні, резерфордівське розсіювання іонів гелію) і теоретичних (кластерний метод Аа-розсіяних хвиль, математичного моделювання) методів із вирішенням таких конкретних наукових задач:

- встановити вплив ізоструктурного заміщення ІІ-елементу та . М-елементу на формування електронної структури монокристалічних І13М5012 гранатових плівок;

- встановити вплив типу і дози імплантованого іону на формування валентної смуги приповерхневого порушеного шару плівок залізо-ітрієвого гранату;

. - на основі отриманих теоретичних та експериментальних результатів проаналізувати роль атомів ближнього оточення в

з

процесі формування електронно-енергетичної та магнітної структури іонно-імплантованих приповерхневих шарів ферит-гранатових плівок;

- розрахувати теоретично і отримати експериментально рентгенофотоелектронний спектр валентної смуги монокристалічної плівки залізо-ітрієвого гранату;

- пошук кореляцій між особливостями електронноїта магнітної структури в монокристалічних ферит-гранатових плівках з порушеним шаром.

Наукова новизна одержаних результатів. У дисертації розвинутий комплексний підхід до вивчення монокристалічних ферит-гранатових плівок з порушеним приповерхневим шаром, який базується на широкому застосуванні сучасних експериментальних методів у поєднанні із теоретичними методами розрахунку електронної будови в кластерному наближенні та розрахунку параметрів первинних і вторинних процесів іонної імплантації у багатокомпонентні мішені, що дозволило отримати наступні нові наукові результати:

- вперше показано, що зміна електронної структури імплантованого шару з глибиною, обумовлена розподілом впровадженої домішки і розподілом радіаційних дефектів;

- структура валентної зони порушеного, внаслідок іонної імплантації, приповерхневого шару досліджених плівок зазнає певної трансформації з ростом дози імплантованих іонів і відрізняється від неімплантованої вихідної плівки появою прямих зв'язків Ме-Ме через вакантний аніонний вузол і перерозподілом густини електронних станів р-, сі-симетрії;

- показано, що валентна зона в плівках залізо-ітрієвого гранату формується із трьох частково перекритих енергетичних електронних станів, в яких проявляються електрони певної симетрії і певних елементів у залежності від їх координації;

- встановлено і пояснено кореляцію між параметрами рентгенофотоелектронних спектрів і конверсійними електронними месбауерівськими спектрами;

- встановлено і обгрунтовано відмінності, які спостерігаються в електронній і магнітній структурі при імплантації монокристалічних ферит-гранатових плівок іонами В+, ІЧ*, Р+. Практичне значення одержаних результатів. Результати отримані в

дисертації дають нові уявлення про вплив ступеня дефектності і ближнього оточення на формування електронно-енергетичної і магнітної структури ферит-гранатових плівок. Встановлені закономірності дозволяють більш

цілеспрямовано модифікувати фізичні властивості приповерхневих шарів монокристалічних ферит-гранатових плівок шляхом іонної імплантації у відповідності до конкретних вимог при виготовленні різноманітних функціональних радіоелектронних і запам'ятовуючих пристроїв. Результати знайшли практичне застосування у Львівському науково-дослідному радіотехнічному інституті.

Розроблений комплекс програм машинної обробки експериментальних результатів і теоретичних розрахунків може бути використаний для рішення аналогічних задач.

Особистим внесок здобувана. Особистий внесок дисертанта в отриманні результатів полягає в наступному:

- аналіз літератури, планування методів розв'язання поставленої задачі;

- отримання рентгеноструктурних та рентгенофотоелектронних експериментальних результатів;

- проведення досліджень магнітної мікроструктури ферит-гранатових плівок, імплантованих іонами азоту;

- обгрунтування моделей і участь у теоретичних розрахунках електронної структури і процесів імплантації;

- обробка отриманих експериментальних і теоретичних результатів, участь в інтерпретації отриманих результатів. Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи

обговорювалися та доповідалися на наукових семінарах у Прикарпатському університеті, конференціях, симпозіумах, сесіях, в тому числі на: IV Всесоюзній конференції з термодинаміки і технології феритів (Івано-Франківськ, 1977); VI Всесоюзній конференції з термодинаміки і технології феритів (Івано-Франківськ, 1988); XII Українській конференції з неорганічної хімії (Сімферополь, 1989); XI Всесоюзній школі-семінарі “Рентгенівські електронні спектри і хімічний зв’язок” (Івано-Франківськ, 1989); Всесоюзній конференції "Прикладна месбауерівська спектроскопія" (Казань, 1990); IV Міжнародній конференції з фізики і технології тонких плівок (Івано-Франківськ, 1993); VI Міжнародній конференції з фізики і технології тонких плівок (Івано-Франківськ, 1997); на виїздній сесії Відділення неорганічної хімії НАН України (Івано-Франківськ, 2000).

Публікації. Матеріали дисертації викладено в 16 публікаціях, в тому числі у 8 статтях і в 1 препринті, в 7 матеріалах конференцій.

Структура та об'єм дисертації. Робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків та списку літератури. Загальний об'єм дисертації становить 128 сторінок машинописного тексту, у тому числі

34 рисунки, 10 таблиць і списку літератури із 116 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі до дисертації обгрунтовано актуальність вибраного напрямку досліджень, коротко розглянуто стан проблеми, сформульовано мсту і задачі дослідження, відзначено наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів. Зміст вступу в основному відповідає наведеній вище загальній характеристиці дисертаційної роботи. .

Перший розділ має оглядовий аналітичний характер, висвітлює теоретичні і експериментальні аспекти досліджуваної тематики у вітчизняній та зарубіжній літературі, складається із трьох підрозділів. У першому з них аналізуються основні фізичні процеси при іонній імплантації ферит-гранатових плівок. Другий підрозділ присвячений аналізу впливу іонної імплантації на магнітну структуру і магнітні властивості епітаксіальних плівок. Завершує розділ огляд існуючих даних про елементарну будову ферит-гранатових плівок і сполук з структурою гранату та обговорення тих положень, які потребують подальшого уточнення, або взагалі не досліджувалися раніше.

У другому розділі дано коротку характеристику об’єктів і методів дослідження, приведено технологію вирощування монокристалічних плівок з мінімальною концентрацією дефектів, аналізується ідеальна і дефектна кристалічна структура. Особлива увага приділяється паспортизації вихідних ферит-гранатових плівок на ступінь досконалості їх кристалічної структури та хімічної однорідності методами двокристальної рентгенівської дифрактометрії та резерфордівського зворотного розсіювання іонів гелію (метод каналювання). Приводяться оригінальні результати отримані за участю дисертанта по дослідженню структури імплантованих іонами бору монокристалічних ферит-гранатових плівок, а також запропонована динамічна модель структури імплантованого шару. Обговорюються результати дослідження розподілу гранатоутворюючих елементів у перехідному шарі плівка-повітря, де показано, що у результаті ізотермічного відпалу плівок У3Ре5Оі:,/СсІ3Оа5Оі:, у потоці кисню при температурі 950 °С протягом 5 год спостерігається незначна дифузія ітрію до поверхні, обумовлена не градієнтом концентрації, а, по всій ймовірності, стоком дефектів. Ці попередні дослідження дозволили відібрати для роботи структурно досконалі плівки і встановити їх стехіометричну формулу. У, 996РЬ0 (І()4Ре5Оі:,, У! 76Ьи(І ,,5ш017Оа0 78РЬ0 ()4Ре4 24Се() 760(,. Свинець входить із розчину-розплаву і не менше 80 % атомів свинцю займають додекаедричні позиції, тобто заміщують ітрій.

Для вирішення поставлених у роботі задач були застосовані рентгенофотоелектронна та конверсійна електронна месбауерівська спектроскопія. Мінімальна маса елементу гранату, яку можна досліджувати методом рентгенофотоелектронної спектроскопії складає

біля 10'5г, а границя виявлення елементу досягає 10-7-И(Г9 г, що робить цей метод надзвичайно чутливим і дозволяє досліджувати процеси, які протікають на поверхні твердого тіла. Глибина виходу фотоелектронів із досліджуваних плівок не перевищує 5 нм. Це вимагає спеціальної підготовки зразків і їх безпосередньої очистки у камері спектрометра для забезпечення високої чистоти поверхні.

Рентгенофотоелектронні спектри були отримані на спектрометрі SERIES 800 XPS фірми Kratos Analitical. Збудження рентгенофотоелектронних спектрів здійснювалося за допомогою А1Ка-лінії з енергією фотонів1486,6 еВ. Точність визначення енергії зв’язку електронів складала 0,1 еВ. Для позбавлення ефекту зарядки досліджуваних плівок використовувалось джерело вторинних електронів, а також під час знімання спектрів проводилось калібрування шкали за енергією зв’язку СІ s-електронів (285,0 еВ). У роботі були отримані спектри як найбільш інформативних внутрішніх електрон-енергетичних рівнів гранатоутворюючих і імплантованих елементів, так і валентні смуги. Конверсійні електронні месбауерівські спектри (КЕМС) заліза вихідних та імплантованих і відпалених зразків отримано при кімнатній температурі в режимі постійного прискорення на спектрометрі ЯГРЄ^4М з аналізатором імпульсів УНО-4096. Джерелом гама-квантів служив Со57 у хромовій матриці активність 90 mCu.

Математична обробка рентгенівських і месбауерівських спектрів проводилась за спеціально розробленими програмами.

Моделювання процесів іонної імплантації у гранатові плівки здійснено на основі методу Монте-Карло. У кінці розділу зроблено узагальнення.

У третьому розділі викладено результати теоретичних розрахунків і експериментальних досліджень електронної структури монокристалічних і з приповерхневим порушеним внаслідок іонної імплантації плівок з структурою гранату. Розділ складається із шести підрозділів і висновків. У першому підрозділі обговорюються результати дослідження електронної структури модельних кристалів-гранатів R3Ga5Ol2, де R - Nd, Sm, Gd, які досліджувались з метою вияснення впливу порядкового номера R-елементу на структуру валентної смуги і енергію зв'язку. Якщо енергія зв’язку Ga3d^eKTpoHHnx станів не змінюється в ряді NdjGajO^-^SrrijGaPu-^GdjGajO,,, то енергія зв’язку Ois-

Е,еВ

лінії зростає на 0,3 еВ, а енергетична ширина на 1/2 висоти зменшується на 0,5 еВ. Ці зміни пояснюються відповідним зменшенням параметра гратки і зміною співвідношення між іонно-ковалентними складовими хімічного зв’язку в досліджуваних кристалах.

Валентна смуга при заміщенні рідкоземельних іонів в додекаедричних позиціях гранату зазнас суттєвої трансформації, яка

виражається у появі додаткової тонкої структури, енергетичному зміщенні стелі по відношенню до рівня Фермі, валентної зони на 2,8;

3,5 і 7,0 еВ відповідно, у досліджуваному ряді, а також суттєвому зменшенню її ширини на 1/2 висоти: від 8,1 до 3,65 еВ (рис. 1), тобто у міру заповнення 4Г-рівня електронами валентна смуга звужується і зміщається вглиб по відношенню до рівня Фермі. Вказані зміни параметрів валентної смуги і О іб-лінії свідчать про ріст ковалентної складової хімічного зв’язку у ряді галієвих гранатів К30а5012, де II - N(1, 8т, Осі. У другому підрозділі аналізуються результати теоретичних і

експериментальних досліджень електронної структури

монокристалічних плівок У3Ре50І2/0с130а501,, У3А15012/0с130а50І2 і (УЬа)3Ре5012/0сі30а5012. ' ' '

У роботі був використаний розрахунок електронної структури кластерів ідеальних і дефектних монокристалів залізо-ітрієвого гранату методом Ха-розсіяних хвиль, який базується на формалізмі багаторазового розсіювання електрона на системі потенціалів і був застосований також для розрахунку розподілу зарядів і парціальних вкладів іонів різного типу симетрії в енергетичний розподіл валентних електронних станів.

При виборі кластеру У4Ре70І6 (рис. 2) враховувалися такі принципи мінімізації кластерних ефектів як компактність модельного фрагменту, неспівпадання центру сфери Ватсона з будь-яким атомом кластеру, максимально можлива структурна і стехіометрична відповідність реальним сполукам. Не дивлячись на різницю індексів у формульній одиниці, вибраний кластер У4Ре7016 дуже близький до реального стехіометричного складу У3Ре5012.

Рис. 1. Рентгенофотоелектронні спектри валентної смуги: 1 -К!с1ра50І2; 2 - 8трарі2; 3 -Ссірар п

@ Ре - окт. ■■> Ре -тетр.

э У • о

При розрахунку простір, який займає кластер, розділяють на три області: атомну - простір, який знаходиться всередині непересічних сфер, описаних навколо кожного атому кластера; міжатомну — простір між атомними сферами і сферою Ватсона; простір поза сферою Ватсона. Вважаючи, що атомні сфери дотикаються між собою, а їх радіуси можна вирахувати за процедурою Нормана, для кожної із областей рішалось рівняння Шредінгера з потенціалом У(г) = Ус(г) + V (г) , де

і обмінна

Рис. 2. Структура кластера

Ус(г) і Ух(г)

кулошвська

частини потенціалу відповідно. Для обмінної взаємодії використовувалась локальна статистична апроксімація

де рп — локальна електронна густина із

спіном вверх чи вниз, а параметр а вибирався таким чином, щоб повна енергія атома, вирахувана в Ха-наближенні, співпадала з повною Хартрі-Фоківською енергією атома. Потенціал всередині сфер і за сферою Ватсона вибирався сферично симетричним, а у міжсферному просторі був сталим. Хвильова функція визначалась із рівняння Шредінгера з указаним потенціалом методом інтегрування. Із умови неперервності хвильових функцій і їх перших похідних на границях областей задавалась система секулярних рівнянь, яка мала нетривіальне рішення при певних значеннях енергії Еі, які і є власними значеннями енергій одноелектронних станів.

Відповідні хвильові функції у,(г) дозволили отримати нову електронну густину і новий потенціал і таким чином отримати самоузгоджене рівняння Шредінгера.

Вплив на електронну структуру кластера атомів, що залишились поза ним, враховувався шляхом введення додаткового заряду, рівномірно розподіленого по сфері Ватсона.

Аналіз зображеної на рис. З модельної густини валентних електронів і парціальних локальних густин електронних станів атомів вибраного кластера дозволяє констатувати, що енергетичну структуру

Рис. 3. Загальна модельна густина валентних електронних станів кластера

валентних електронних станів можна умовно розділити на три групи: високоенергетичну в області -6еВ, основний вклад в яку вносять Зсі-електрони окта-заліза, Зсі-електрони ітрію і 8-електрони ітрію і кисню; середньоенергетичну в області -ЮеВ, основний вклад в яку вносять Зсі-електрони тетра-заліза; низькоенер-гетичну в області -15еВ, основний вклад в яку вносять 2р-електрони кисню.

Для порівняння результатів розрахунку з експериментом, було враховано ймовірність збудження електронів різного типу симетрії (з, р, (1) для атомів, які утворюють кластер, і їх вклад в інтенсивність рентгенофотоелектронного спектру, що дозволило зробити їх порівняння з експериментальними. Було отримано задовільне співпадання теоретичних і експериментальних рентгенофотоелектронних спектрів, що підтверджує коректність проведених розрахунків.

Валентна смуга плівок алюміній-ітрієвого гранату має досить складну структуру із рядом максимумів і пологим високоенергетичним схилом, на якому проявляється тонка структура у вигляді напливу. Її відмінність структури від структури валентної смуги плівок залізо-ітрієвого гранату і галідів полягає у більшій ширині і появі додаткової підзони в області

7,5 еВ, яка, очевидно, формується в основному за рахунок з-,р-електронів алюмінію. Ці відмінності зумовлені перш за все тим, що іон алюмінію не має <і-електронних станів, а в плівці відсутнє спонтанне магнітне впорядкування.

Валентна смуга в (УЬа)3Ре50І2/0с1.0а5012 мало відрізняється від валентної смуги в У3Ре50|2/Сс130а56р. Однак зміна енергії зв’язку Ь-електронів кисню і суттєве збільшення величини мультиплетного розщеплення УЗр- і Зсі-рівнів свідчить про ріст іонної складової хімічного зв’язку, збільшення від’ємного заряду на іонах кисню, а також збільшення величини обмінного інтеграла відповідно у порівнянні із плівками У3Ре50І2/ 0с130а50І2. '

У четвертому підрозділі аналізуються результати дослідження електронної структури монокристалічних плівок імплантованих іонами В+ з енергією 80 кеВ і дозами 3-Ю'4, 1-Ю15, 2-Ю15 і 1-Ю17 В 7см2 до і після відпалу в потоці кисню при температурі 950 °С протягом 5год. Рентгеноструктурними

методами, резерфордівського зворотного розсіювання іонів гелію і математичного моделювання процесів іонної імплантації методом Монте-Карло було оцінено ступінь дефектності кожної імплантованої плівки. Так, наприклад, ступінь дефектності імплантованого шару плівок дозами 31014

і 210'5 В+/см2 становить 0,26 і 0,60 відповідно.

Аналіз параметрів рентгенофотоелектронних спектрів, отриманих від неімплантованих і імплантованих іонами бору плівок показав, що із зміною концентрації імплантованих іонів змінюється енергія зв’язку як внутрішніх так і зовнішніх рівнів а також вигляд валентної смуги. Так по мірі росту

Рис. 4. Валентні смуги плівок ЗІГ імплантованих іонами бору з енергією 80 кеВ і дозою 2 Ш5 В*/слг до і після ізотермічного відпалу у потоці кисню при температурі 950 °С протягом 5 год: І - до відпалу, до травлення;

2 -до відпалу, після травлення;

3 - після відпалу, до травлення;

4 - після відпалу, після травлення

дози імплантації в області 13 еВ росте інтенсивність, характерного тільки для імплантованих плівок, максимуму із зміною співвідношення інтенсивностей в області 6 і 10 еВ. Теоретичні розрахунки густини електронних станів Ха-методом розсіяних хвиль показали, що аніонні вакансії в структурі гранату, яка відображається кластером на рис. 2, приводять до виникнення нових станів, які відображають безпосередній зв’язок Ме-Ме через вакансійний аніонний вузол, а також перерозподіл густини електронних станів р-, «і-симетрії катіонів. Подібні процеси трансформації електронної структури описані в літературі для дефектних сполук УСх.

Даний додатковий максимум не проявляється на спектрах валентної смуги, отриманої після високотемпературного відпалу, що добре видно при порівнянні кривих

2 і 4 на рис. 4.

Електронна структура, порушеного внаслідок іонної імплантації приповерхневого шару плівок ЗІГ, змінюється не

тільки із ростом концентрації впроваджених іонів, але змінюється і по глибині імплантованого шару. Зміна по глибині особливо проявляється для доз >1016СМ'2.

При дозі 1-Ю17 В+/см2 в імплантованому шарі спостерігається збільшення радіуса першої координаційної сфери заліза на 0,01 нм, що призводить до зменшення ступеня перекриття хвильових функцій валентних електронів, пониження валентності заліза до Fe2+ і зменшення енергії зв'язку електронів Fe2p3/2-CHMeTpiï..

Співставлення параметрів рентгенофотоелектронних спектрів, отриманих при пошаровому травленні імплантованої плівки з профілем імплантації і профілем дефектів дозволяє стверджувати, що в області максимальної концентрації впровадженого бору залізо знаходиться у Fe3+ і Fe2+ станах, в області максимальної концентрації дефектів у Fe2+ стані і на поверхні, частково у відновленому стані для доз > 1016 В+/см2. При високодозовій імплантації бор має максимальний ступінь окислення В,03. Імплантований бор частково займає вузол аніонної підгратки, а значна кількість розміщена по об’єму. Це співвідношення міняється з дозою імплантації і відпалу.

Після відпалу імплантованих плівок електронна структура повертається у стан близький до вихідної плівки. Так, наприклад, після відпалу плівки імплантованої дозою 2-10І5В7см2мультиплетнерозщеплення Ре2р-рівня змінюється із 12,6 еВ до 13,3 еВ, що свідчить про суттєвий ріст обмінної взаємодії у відпаленому імплантованому шарі. Це можна пояснити тим, що в процесі відпалу проходить відновлення кристалічної структури і релаксація радіаційних дефектів, а з другої сторони, внаслідок часткового заміщення аніонів кисню бором зменшується відстань обмінної взаємодії. При цьому зменшується енергія зв'язку електронів Fe2p- і Ois-, але збільшується ширина 01 s-рівня. У результаті ізотермічного відпалу спостерігається також трансформація валентної смуги, яка виражається в енергетичному зміщенні точок Ван Хове і у перерозподілі інтенсивностей між ними.

Електронна структура імплантованих азотом приповерхневих шарів в основному аналогічна випадку імплантації бором. Однак є певні відмінності. Судячи із рентгенофотоелектронних спектрів, отриманих від імплантованих іонами азоту з енергією 90 кеВ і неімплантованих плівок, можна стверджувати, що ітрій в імплантованому шарі знаходиться у двох електронних станах: в оксиді ітрія Y,03 і в більш низькому стані окислення. В оксиді ітрія Y,03 знаходиться ~75 % ітрія, а ~25 % у нижчому стані окислення з валентністю +2,4.

Величина енергії зв'язку Езв=711,6 еВ для Ре2р3/,-електронного рівня

для плівки імплантованої дозою 1-Ю15 №/см2 свідчить про те, що залізо в імплантованому шарі знаходиться, в основному, у тривалентному стані. Що стосується кисню, то спостерігається три електронні стани з енергією зв'язку Ois- 530,0 еВ, 531,4 еВ і 534,0 еВ, на які припадає відповідно 48, 38 і 14 % від інтегральної інтенсивності Ols-спектра. Це дозволяє стверджувати, що тільки біля половини кисню у приповерхневому шарі товщиною порядку <5 нм хімічно зв'язана в оксидах гранатоутворюючих металів. Остання частина кисню має більш складний зв'язок внаслідок дефектності імплантованого шару. Імплантовнаий азот знаходиться у двох станах з енергією зв'язку N1 s-електронів Езв=395 і 401 еВ. Співвідношення даних електронних станів азоту 1:1. Максимум спектра з енергією 395 еВ, очевидно, відповідає сильному зв'язку з іонами заліза, а другий максимум відповідає зв'язку азота із киснем у більшій мірі, ніж із металом. Азот володіє досить високим ступенем електронегативності і, маючи валентність рівну трьом, займає як і бор після імплантації термодинамічно нерівноважне положення у вузлах аніонної підгратки, утворюючи більш сильні зв'язки з катіонами металів, у той час як друга частина, яка розподілена хаотично по об'єму, утворює більш сильні зв'язки з аніонами. При цьому, за рахунок одного лишнього по відношенню до кисню вільного зв'язку, викликає деформацію ближнього оточення, що спричинює більш інтенсивне дефектоутворення ніж у випадку імплантації іонами бору.

В останньому підрозділі третього розділу аналізуються рентгенофотоелектронні спектри отримані від монокристалічних плівок залізо-ітрієвого гранату, імплантованих іонами фосфору з енергією 65 кеВ і дозами 5-Ю14, 1,8-1015 і 1-Ю16 Р+/см2.

Аналіз результатів показує, що енергія зв'язку УЗ(і5/2-електронів із ростом дози зростає на 0,3 еВ, в той час як після відпалу практично не змінюється. Ширина лінії на половині висоти з ростом дози зростає, але після травлення поверхні зменшується. Що стосується величини мультиплетного розщеплення, то при переході від дози 5-10І4Р+/см2 до 1,8-1015 Р+/см2 воно приймає значення 1,7 і 1,8 еВ відповідно, а після травлення поверхні 1,5 і 1,7 еВ. Енергія зв'язку Ре2р3;,-електронних станів з ростом дози спадає, що свідчить про частковий перехід заліза в імплантованому шарі із Fe3+ yFe2\ Кисень знаходиться у двох станах: перший стан відповідає зв'язку між іонами металу і кисню; другий, у більшій мірі, з іонами фосфору, чим з металом. Характерно, що імплантовані іони фосфору виступають донорами і мають валентність Р5+. Після відпалу імплантованих плівок ширина 01 s-лінії збільшується, що свідчить про зменшення довжини зв'язку між іонами кисню і металу, що підтверджується рентгеноструктурними дослідженнями.

Валентна смуга плівок ЗІГ у результаті імплантації іонами фосфору зазнає значної трансформації. Характерно, що для перших двох доз імплантації валентні смуги порушеного шару мають подібну структуру: максимуми у районі 6 еВ, мінімуми у районі 10 еВ і незначний наплив у районі 13 еВ. Разом з тим для дози 5-І014Р7см2 ширина першого піка значно більша із характерними напливами. Для дози 1-1016Р7см2 валентна смуга має надзвичайно складну структуру із серією максимумів і напливів: в області 1,5; 4,0; 6,0; 8,5; 11,4; 13,0; 15,5 еВ, тобто із аналогічними особливостями, характерними для порушених шарів при імплантації В+ і >Т+, є ряд нових, що, очевидно, зумовлено великою кількістю дефектів і значно вищою концентрацією імплантованих іонів фосфору, оскільки товщина імплантованого шару значно менша. Очевидно, у сильно дефектних структурах залізо-ітрієвого гранату, якими є імплантовані шари, внаслідок пониження симетрії, всі валентні стани гранатоутворюючих елементів є сильно перемішані в усьому енергетичному інтервалі.

Після відпалу імплантованих плівок структура валентної смуги приймає вигляд близький до вихідного зразка. Вона має ті ж характерні електронні стани в 6; 11 і 15,5 еВ. Однак, співвідношення інтенсивностей суттєво відрізняється внаслідок наявності іонів фосфору і частини термостійких дефектів. Судячи з енергії зв'язку Р2р-рівня фосфор в імплантованому шарі після відпалу знаходиться у сполуці типу МеР04.

У четвертому розділі результати дослідження трансформації магнітної структури монокристалічних епітаксійних ферит-гранатових плівок під дією іонної імплантації і відпалу. З цією метою розглядаються конверсійні електронні месбауерівські спектри заліза, отримані від тих же плівок, що й рентгенофотоелектронні спектри.

У результаті іонної імплантації у приповерхневому шарі утворюються радіаційні дефекти і виникають напруги. Ці зміни призводять до розриву і спотворення геометрії надобмінних магнітних зв'язків типу

- о2' - ГеІ*~, що знаходить відображення в месбауерівських спектрах. З ростом дози імплантованих іонів до критичних значень спостерігається зміна намагніченості, констант магнітної анізотропії (зростає наведена анізотропія) і відхилення вектора намагніченості від початкового положення. Значення критичних доз для бору значно більші ніж для азоту, що зумовлено різною їх електронного конфігурацією і хімічною активністю. Магнітні ефективні поля на ядрах заліза розташованого в окта-позиціях спадають з ростом дози імплантації легких іонів швидше ніж на ядрах тетра-заліза.

При досягненні критичних доз починається інтенсивний ріст долі

парамагнітної фази в об'ємі імплантованого шару внаслідок зміни механізму радіаційного дефектоутворення. Встановлені збільшення радіуса першої координаційної сфери при високодозовій імплантації призводять до зменшення ступеня обмінної взаємодії і перекриття електронних оболонок Ре3+ - О2', що спричинює локалізацію хвильових функцій б-електронів на ядрі Ре57 і знаходить своє відображення у зростанні ізомерного зсуву. Конверсійні месбауерівські спектри заліза, отримані від плівок, імплантованих легкими іонами (В*,№), як і у випадку імплантації 0+,

з дозами >1-1016 іон/см2, є суперпозицією двох парамагнітних дублетів з квадрупольними розщепленнями і ізомерними зсувами, які відповідають Ре3+ і Ре2+, що корелює із результатами рентгенофотоелектронних досліджень. Необхідно зауважити, що спостерігається також кореляція між ізомерним зсувом і зсувом внутрішніх електронних рівнів заліза та між квадрупольним розщепленням і шириною ліній рентгенофотоелектронних спектрів.

При іонній імплантації іонами Р+ високодозова імпланатація не призводить до розщеплення парамагнітного дублета, що пояснюється іншими механізмами утворення радіаційних дефектів і переходом імплантованого шару в аморфний стан. Характерно, що при імплантації іонами Р+ з енергією 65 кеВ доза 5-Ю14 Р+/см2 є вищою критичної.

Після відпалу імплантованих В, N. Р плівок при температурі 950 °С у потоці кисню протягом 5 год в усіх випадках спостерігається перехід іонів заліза в порушеному приповерхневому шарі у магнітовпорядкований стан при кімнатній температурі. Однак месбауерівські спектри мають більш складну тонку структуру, що вказує на магнітонееквівалентні положення заліза як в а- так і в сі-підгратках, обумовлені термостійкими дефектами і впровадженими в структуру гранату домішками.

Основні результати та висновки. На основі виконаних комплексних теоретичних і експериментальних досліджень, попередньо паспортизованих на структурну досконалість і хімічну однорідність епітаксійних ферит-гранатових плівок і модельних кристалів, електронної і магнітної структури вихідних і імплантованих іонами бору, азоту і фосфору плівок отримано такі результати:

1. Відпал вихідних плівок залізо-ітрієвого гранату в потоці кисню при температурі 950 °С протягом 5 год спричинює незначну дифузію ітрію до поверхні, яка зумовлена рухом точкових дефектів.

2. Вирощені плівки залізо-ітрієвого гранату мали такий стехіометричний склад: У, 99ЙРЬ„ І)04Ре5О12. Понад 80 % іонів свинцю локалізовані у додекаедричних позиціях.

3. При заміні ІІ-елементу в І130а5012 (ІІ-Ш, Бш, Осі) спостерігається

збільшення енергії зв'язку Оіз-електронів при переході від Кс130а50,, до 0с130а5012, що пояснюється зменшенням довжини аніон-катіонної взаємодії. .

4. Валентну зону І130а5012 (Іі-Ксі, 8т, Осі) умовно можна розділити на три частково перекриті підзони: високоенергетичну, яка формується в основному електронами р-симетріїгалію, з-симетріїрідкоземельних металів і р-симетрії кисню; середньоенергетичну, яка формується в основному електронами р-симетрії галію, Г-симетрії рідкоземельних металів і р-симетрії кисню; низькоенергетичну, яка формується в основному електронами <1-симетрії галію.

5. Суттєве зменшення ширини валентної зони і її зміщення вглиб по відношенню до рівня Фермі в міру заповнення 4ґ-рівня Я-елементу електронами в Я30а50|2, свідчить про зростання локалізації валентних електронів і посилення енергетичного перекриття електронних станів р-симетрії галію та кисню.

6. Валентна зона У3Ре50І2 формується із трьох частково перекритих енергетичних електронних станів: високоенергетичної підзони в області -6 еВ, основний вклад в яку вносять (і-електрони окта-заліза і ітрію; середньоенергетичної підзони в області -10 еВ, основний вклад в яку вносять (1-електрони тетра-заліза; низькоенергетичну підзону в області -15 еВ, основний вклад в яку вносять р-електрони кисню і в меншій мірі я, р-електрони заліза і ітрію.

7. Заміна атомів заліза атомами алюмінію в плівках ЗІГ приводить до збільшення ширини валентної зони і появи тонкої структури в області -7,5 еВ обумовленої електронами з-, р-симетрії алюмінію.

8. Електронна структура порушеного, внаслідок іонної імплантації, приповерхневого шару плівок ЗІГ змінюється не тільки із ростом дози імплантації, а й по глибині імплантованого шару. Так, при дозах >10]6 іон/см2, де іон - В+, ЇЧ+, спостерігається частковий перехід заліза із Ре3+ у Ре2+ в області максимальної концентрації імплантованих іонів, повний перехід іонів Ре3+ у Ре2+ в області максимальної концентрації радіаційних дефектів і часткове відновлення заліза на поверхні.

9. Імплантація іонами В+, № плівок ЗІГ зумовлює трансформацію валентної смуги, яка виражається у формуванні нових електронних станів у середній частині смуги, які відображають безпосередній зв'язок Ме-Ме через вакантний аніонний вузол і перерозподілі густини електронних станів р-, сі-симетрії катіонів в області -6 і -ЮеВ.

10. Відмінність електронної структури імплантованої азотом плівки

ЗІГ (Б<1 10151'Г/см2) у порівнянні із імплантацією бором полягає в тому, що ітрій в імплантованому шарі знаходиться у двох електронних станах: в

оксиді ітрію Y,03 (~75 %) і у нижчому стані окислення з валентністю +2,4 (~25 %). Залізо знаходиться в основному у тривалентному стані і тільки «50 % кисню хімічно зв'язано в оксидах d-металів, а друга половина кисню, внаслідок дефектності імплантованого шару, має більш складний зв'язок.

11. При досягненні критичних доз спостерігається інтенсивний ріст парамагнітної фази в об'ємі імплантованого бором і азотом шару, внаслідок зміни механізму радіаційного дефектоутворення. Високодозова імплантація призводить до збільшення радіуса першої координаційної сфери іонів заліза, що обумовлює зменшення ступеня обмінної взаємодії і перекриття електронних оболонок Fe3+-02 , спричинюючи тим самим локалізацію хвильових функцій s-електронів на ядрах заліза і збільшення ізомерного зсуву. Месбауерівські спектри заліза отримані від монокристалічних плівок імплантованих іонами В, N, з дозами > 11016 іон/см2 є суперпозицією двох парамагнітних дублетів з ізомерними зсувами і квадрупольними розщепленнями, які відповідають Fe3+ і Fe2+.

При імплантації іонами фосфору високодозова імплантація не призводить до розщеплення парамагнітного дублета, що пояснюється іншими механізмами утворення радіаційних дефектів і переходом імплантованого шару в аморфний стан.

12. Ізотермічний відпал імплантованих іонами В, N, Р плівок при температурі 950 °С в потоці кисню протягом 5 год спричинює перехід іонів заліза в імплантованому шарі у магнітовпорядкований стан.

Основний зміст роботи викладено в публікаціях:

1. Остафийчук Б.К., Пылыпив В.М., Олейник В.А., Семен Б.Т., Костюк П.С., Яворскнй Б.И. Структурное и магнитное разупорядочение в имплантированных ионами азота пленках железо-итриевого граната до и после отжига//Письма в ЖТФ. - 1990.-Т. 16, в. 15. -С.82-86.

2. Остафийчук Б.К., Ткачук В.М., Ворончак О.М., Яворский Б.И. О возможном механизме аморфизации поверхности феррит-гранатовых пленок вследствии ионной имплантации //Металлофизика и новейшие технологии. - 1994. -Т.16, №8. - С.51-54.

3. Ostafiichuc В.К., Fedoriv V.D., Kravets V.I., Vasilishin B.V., Iavorskii В.I. Structure of the Superficial Layer of the Boron-Implanted Ferrite-Garnet Film //Met. Phys. Adv. Tech., Vol. 15. - 1995. - P.67-72.

4. Ткачук О.М., Ткачук В.М., Яворський Б.І. Особливості формування магнітної мікроструктури плівок залізо-ітрієвого гранату, підданих іонному опроміненню //Вісник Прикарпатського ун-ту, серія: Природничо-математичні науки,- 1996,- в.2. - С.109-118.

5. Яворський Б.І. Вплив ізоструктурного заміщення R-елементу в

монокристалах І130а50|2 на структуру валентної смуги //Вісник Прикарпатського ун-ту, серія: Природничо-математичні науки. - 1996. -В.1.-С.126-ІЗЗ.

6. Коцюбинський В.І., Яворський Б.І., Яремій І.М., Магнітна мікроструктура монокристалічних ферит-гранатових плівок, імплантованих іонами азоту //Вісник Прикарпатського ун-ту, серія: Математика, фізика, хімія. - 1999.-в.2. - С. 158-164.

. 7. Остафійчук Б.К., Пилипів В.М., Шелудченко Л .М., Яворський Б.І.

Структура електронних станів монокристалів залізо-ітрієвого гранату // Вісник Івано-Франківського віділення УФТ та Прикарпатського ун-ту, серія: Фізика і хімія твердих тіл. - 1994. - №2. - С.52-58.

8. Федорів В.Д., Кайкан Л.С., Яворський Б.І. Дослідження розподілу елементів по товщині ферит-гранатової плівки //Вісник Івано-Франківського віділення УФТ та Прикарпатського ун-ту, серія: Фізика і хімія твердих тіл. - 1994. - №2. - С.59-64.

9. Остафійчук Б.К., Олійник В.А., Пилипів В.М., Семен Б.Т., Смеркало Л.М., Яворський Б.І. Кристалічна і магнітна структура імплантованих шарів монокристалічних плівок //Препринт ІМФ.1.91 Академії наук УРСР, інститут металофізики. - Київ, 1991. - С.1-69.

10. Вовк С.Т., Киричок П.П., Мельник П.И., Остафийчук Б.К., Яворский Б.И. Рентгеноспектральное и месбауэровское исследование электронной структуры феромагнитных материалов //Тезисы IV Всесоюзное совещание по термодинамике и технологии ферритов. - Ивано-Франковск, 1977. - С.20.

11. Костюк П.С., Остафийчук Б.К., Семен Б.Т., Федорив В.Д., Яворский Б.И. Структура и свойства приповерхностных слоев эпитаксиальных феррит-гранатовых пленок, имплантированных бором //

VI Всесоюзное совещание по термодинамике и технологии ферритов. -Ивано-Франковск, 1988. - С. 28.

12. Пылыпив В.М., Федорив В.Д., Яворский Б.И., Петров В.Е. Модификация приповерхностных слоев феррит-гранатовых пленок путем ионной имплантации //Тезисы докладов XII Украинской конференции по неорганической химии. - Симферополь, 1989. - С.67.

13. Яворский Б.И. Электронная структура и химическая связь в частично замещенных железо-иттриевых гранатах //Тезисы XI Всесоюзной школы-семинара “Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь”, - 1989.-С.27.

14. Остафійчук Б.К., Пилипів В.М., Федорів В.Д., Яворський Б.І., Клюка Я.Т. Особливості радіаційного дефектоутворення в епітаксіальних ферит-гранатових плівках //IV Міжнародна конференція з фізики і

технології тонких плівок. - Івано-Франківськ, 1993. - С. 104.

15. Яворський Б.І. Електронна структура епітаксійних іонно-імплантованих плівок залізо-ітрієвого гранату //VI Міжнародна конференція з фізики і технологіїтонких плівок. - Івано-Франківськ, 1997. - С.42.

Анотація. Яворський Б.І. Електронна і магнітна структура монокристалічних ферит-гранатових плівок з порушеним шаром. -Рукопис. .

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.18 - фізика і хімія поверхні. -Прикарпатський університет ім. В.Стефаника, Івано-Франківськ, 2000.

Дисертація присвячена дослідженню електронної і магнітної структури вихідних і імплантованих іонами B+,N+ і Р з різними дозами монокристалічних

плівок Y2.S96Pb0.004Fe5O,2/Gd3Ga5O,2 ¡ Y,.76Sm0.17LU0.25Ca0.78Pb«.04Ge0,78Fe4.24OI2/

Gd3Ga5012, а також відпалених після імплантації у потоці кисню при температурі 950 °С протягом 5 год. Визначено роль локальних парціальних електронних станів у формуванні валентних зон та участь електронів різної симетрії в утворенні хімічних зв’язків у ферит-гранатових плівках. Детально аналізується вплив концентрації радіаційних дефектів на електронну структуру і ступінь магнітного розупорядкування в імплантованих приповерхневих шарах. Показано, що у валентній зоні порушеного шару монокристалічної плівки формуються нові електронні стани, обумовлені прямою Ме-Ме взаємодією через вакантний вузол і перерозподілом електронів р-, d-симетрії.

Ключові слова: ферит-гранатові плівки, рентгенофотоелектронна і месбауерівська спектроскопія, електронна і магнітна структура, кластерні розрахунки, іонна імплантація. '

Аннотация. Яворский Б.И. Электронная и магнитная структура монокристаллических феррит-гранатовых пленок с нарушенным слоем. -Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.18 - физика и химия поверхности. - Прикарпатский университет им. В.Стефаника, Ивано-Франковск, 2000.

Диссертация посвящена исследованию электронной и магнитной структуры исходных и имплантированных ионами В+, N+, Р+, с различными дозами, монокристаллических пленок Y299(jPb0l)MFe5O|2/Gd3Ga5O|2 и Y|76Sm0|7Lu(l23Cao78Pb(IIMGe(l78Fe424Oi:/Gd3Ga5Ol2, а также отожженных после имплантации в потоке кислорода при температуре 950 °С на протяжении

5 часов. Предварительно исходные монокристаллическне эпитаксиальные феррит-гранатовые пленки исследовались на совершенство кристаллической структуры и химическую однообразность методами двухкристальной рентгеновской дифрактометрии и резерфордовского обратного рассеяния ионов гелия как до так и после отжига. Электронная структура исходных и имплантированных пленок исследовалась методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, ЕХАР8-спектроскопии с выполнением теоретических рассчетов. Рассчет электронной структуры кластеров идеальных и дефектных монокристаллических пленок железо-итриевых гранатов выполнен методом Ха-рассеянных волн, который базируется на формализме многократного отражения электрона на системе потенциалов. При выборе кластера У4Ре?016 учитывались принципы минимизации кластерных эффектов. У результате выполненых рассчетов определено, роль локальных парциальных электронных состояний в формировании валентных зон и участие электронов различной симметрии в образовании химических связей в феррит-гранатовых пленках. Тщательно анализируется влияние концентрации радиационных дефектов на электронную структуру и степень магнитного разупорядочения в имплантированных приповерхностных слоях. Показано, что в валентной зоне нарушенного слоя монокристаллической пленки формируются новые электронные состояния, обусловленные прямым Ме-Ме взаимодействием через вакантный узел и перераспределением электронов р-, с!-симметрии.

Исследования степени магнитного разупорядочения проводили на основании анализа параметров конверсионных электронных мессбауэровских спектров железа, полученных от исходных и имплантированных пленок, и также рассчетов профилей имплантации и профилей радиационных дефектов, выполненных методом Монте-Карло. В результате ионной имплантации в приповерхностном слое образуются дефекты вызывающие значительные напряжения при дозах ниже критических. Эти изменения приводят к разрыву и искажениям геометрии

сверхобменных магнитных связей типа -Ср’ -Гг'*, изменением величины намагниченности, констант магнитной анизотропии и отклонения вектора намагниченности от первоначального направления. Показано, что тип имплантированных ионов (В+, М*,Р") влияет на интенсивность радиационного дефектообразования, характер магнитного разупорядочения и электронное состояние гранатообразующих элементов. Это особенно проявляется при ионной имплантации с дозами выше критических. Так, КЭМС железа, полученные от пленок, имплантированных ионами В+, № с дозами >1 ■ 10,й ион/см: представляют собой суперпозицию двух парамагнитных дублетов с квадрупольным

расщеплением и изомерным сдвигом соответствующими Fe3+ и Fe2+, что коррелирует с результатами рентгеноэлектронных исследований.

При ионной имплантации ионами Р+ высокодозовая имплантация не вызывает расщепления парамагнитного дублета, что объясняется иным механизмом образования радиационных дефектов и переходом имплантированного слоя в аморфное состояние. После отжига имплантированных В\ N+ и Р+ феррит-гранатовых пленок при температуре 950 °С в потоке кислорода в течении 5 часов наблюдается переход ионов железа у магнитоупорядоченное состояние при комнатной температуре. Однако, как и в случае рентгеноэлектронных спектров, КЭМС спектры железа имеют более сложную тонкую структуру, обусловленные наличием термоустойчивых дефектов и внедренными в структуру граната примесями.

Ключевые слова: феррит-гранатовые пленки, рентгенофотоэлектронная и мессбауэровская спектроскопия, электронная и магнитная структура, кластерные расчеты, ионная имплантация.

Summary. Yavorskii В.I. Elektron and mognet structure of monocrystal ferrit-garnet films with damaged level. - Manuscript.

, ; The dissertation for the Candidate Deqree in Physics and Mathematics Speciality 01.04.18 - Physics and Chemistry of surface. Precarpathian University namedafter V.Stefanyk, Ivano-Frankivsk, 2000.

The dissertation deals with usearch of electron and magnet structures of initial and implanted by B+, N+ and P+ ions with different doses of monocrystal films Y2996Pb0 004Fe50,2/Gd3Ga50,, i Y176Sm0l7Lu(l25Ca0 78Pb0 04Ge0 78Fe4 24O12/ Gd3Ga5Ol2, and also burned after implantation in the stream of oxygen with temperature 950 °C during 5 hours. The dissertation also determines role of local partial, electron conditions in a creating valent bond and participation of ions of different symmetry in creation of chemical connections in ferrit-garnet films. Influence of radiation deffects concentration on electron structure and the degree of magnet disorder in implanted presurface levels are analized in details. It is shown, that new electron conditions are created in valent zone of the damaged level of monocrystal film. These new electron conditions are caused by direct Me-Me interaction via vacant bundle and by redistribution of electrons of p-, d-symmetry.

Key words: ferrit-garnet films, x-rayphotoelectron and mossbauers spectroscopy, electron and magnet structure, claster cumulation, ion implantation.