Определение кинетических коэффициентов при ионной имплантации в металлические системы

Никитин, Андрей Вячеславович

Определение кинетических коэффициентов при ионной имплантации в металлические системы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Никитин, Андрей Вячеславович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ижевск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2000 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.01 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Определение кинетических коэффициентов при ионной имплантации в металлические системы»

Автореферат диссертации на тему "Определение кинетических коэффициентов при ионной имплантации в металлические системы"

На правах рукописи

НИКИТИН Андрей Вячеславович

-Я Г.П1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ПРИ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ В МЕТАЛИЧЕСКИЕ

СИСТЕМЫ

01.04.01 - Техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ижевск - 2000

Работа выполнена в Физико-техническом институте УрО РАН, г. Ижевск

Научный руководитель: доктор технических наук,

старший научный сотрудник Баянкин В .Я.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

старший научный сотрудник Е.И. Саламатов,

кандидат физико-математических наук, доцент П.Н. Крылов

Ведущая организация: Научно-исследовательский физико-технический институт при Нижегородском государственном университете

Защита состоится >х^>> 2000 г, в на заседании

диссертационного совета Д064.47.02 при Удмуртском

Государственном университете по адресу:

426034, г.Ижевск, ул.Университетская, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УдГУ.

Авторефератдш 2000 г.

И.о. ученого сотает^^^й^^^дафшор совета

доктор техничЦы|а£ ра^—^ Баянкин В .Я.

ьггъ.^сИ^з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ исследование определяется необходимостью определения величины кинетических коэффициентов, а также выявления роли параметров имплантации и типа ионов в формировании состава и структуры поверхностных слоев при взаимодействии ионов с металлами. Новым направлением физики твердого тела является исследование фазовых переходов при неравновесных состояниях металлов, стимулированных мощной накачкой энергии при ионном облучении. В результате процесса ионного внедрения в поверхностном слое может быть получена концентрация атомов вводимой примеси, выше предела растворимости, а за счет упругих соударений с атомами решетки - образование радиационных дефектов, количество которых на 2-3 порядка превосходит число имплантированных атомов. Оба этих процесса оказывают заметное влияние на свойства поверхностного слоя и в целом материала при создании новых материалов с необычными характеристиками. При этом, радиационно-стимулированная сегрегация и радиацношга-ускорстшая диффузия примеси являются процессами, во многом определяющими состав и структуру ионно-имплантированного слоя. Существующие модели, описывающие концентрационное перераспределение компонентов матрицы и имплантируемой примеси, в большинстве создаются под конкретные условия облучения и включают в себя один или несколько процессов, происходящих при ионном облучении, например, таких, как распыление, каналирование, поверхностная сегрегация, каскадное перемешивание и т. д. Таким образом, возрастающий научный интерес к подобного рода задачам определил значительные успехи в понимании и описании различных механизмов и кинетики поверхностной сегрегации и диффузии в двух- и тре хко мпоне нт н ых системах.

Таким образом, способов расчета для определения коэффициентов диффузии компонентов системы «ион-мишень» при ионной имплаитации оказывается недостаточно. Практически отсутствуют систематические исследования, выявляющие закономерности влияния типа ионов, параметров облучения на формирование химического состава и атомной структуры мишени. Установление роли основных параметров облучения, массы и атомного размера внедренных ионов на изменения концентрационных профилей распределения компонентов, а также на величины коэффициентов диффузионной подвижности элементов системы требуют комплексных исследований, включающих сочетание эксперимента с компьютерным моделированием.

дель настоящей работы состоит в разработке метода определения коэффициентов диффузии компонентов системы «ион-мишень» при имплантации ионов в металлы и сплавы при аморфизации и рекристаллизации поверхностных слоев.

Для решения поставленной цели решались следующие задачи:

1.На основании анализа литературных данных предложить феноменологическую модель формирования состава поверхностных слоев при аморфизации и рекристаллизации ионно-имплантированных слоев.

2. Выбрать объекты исследования, режимы ионной имплантации, и методы анализа поверхностных слоев металлических систем.

3. Экспериментально исследовать распределение компонентов по глубине и изменение атомной структуры поверхностных слоев системы Ре-Сг при облучении ионами (Р+ и В4), (Аг+ и Не4) с энергиями (30-40 кэВ) и плотностями ионного тока (10-50 мкА/см2).

4. Получить численные значения коэффициентов диффузионной подвижности компонентов системы «ион-мишень» на основе экспериментальных результатов.

Выбор объектов исследования обусловлен тем, что система Ре-Сг легко аморфизуется при имплантации ионов металлоидов, кроме того, она является основой нержавеющих сталей мартенситного класса, в который входит низколегированная сталь 20X13, широко применяемая в промышленности. Параметры облучения подбирались достаточными для аморфизации и рекристаллизации поверхностных слоев мишени. В качестве экспериментальных методов исследования использовались: Оже- и рештеноэлектронная спектроскопии, электронография на отражение, измерение микротвердости; для расчетов величины диффузионных коэффициентов имплантанта и атомов матрицы применялось численное решение систем дифференциальных уравнений по разностной схеме.

научная новизна работы.

1. Предложен комплексный метод определения коэффициентов диффузии компонентов системы «ион-мишень» при имплантации ионов в металлы и сплавы. Метод включает разработку феноменологической модели формирования состава ионно-имплантированных слоев и сравнение рассчитанных профилей распределения концентраций компонентов по глубине с экспериментальными результатами.

2. Впервые экспериментально показано, что:

а) при возрастании плотности потока ионов Р+ или В+ с 10 мкА/см2 до 50 мкА/см2 уменьшается концентрация внедренной примеси в измененном слое;

б) повышение дозы имплантации ионов Р+ с 1х1017 ион/см2 до 5

Х10" ион/см2 вызывает изменение структуры поверхностных слоев мишени: исходный поликристалл => аморфное состояние => поликристалл => текстурованный поликристалл.

практическое значение.

1. Вследствие влияния остаточной атмосферы вакуумной системы, имплантация ионов аргона вызывает образование в поверхностных слоях сложных оксидов Ке3.хСгх04 со структурой шпинели, а имплантация более легких ионов гелия приводит к конденсации на поверхности мишени паров углеводородов.

2. Определены коэффициенты диффузии компонентов при имплантации в сплавы Бе-Сг ионов фосфора или бора при аморфизации и рекристаллизации ионно-имплантированных слоев.

на защиту выносится:

1. Комплексный метод определения коэффициентов диффузионной подвижности компонентов системы «ион-мишень» при имплантации ионов в металлы и сплавы. Метод включает в себя феноменологическую модель формирования состава ионно-имплантированных слоев и сравнение рассчитанных профилей распределения концентраций компонентов по глубине с экспериментальными результатами.

2. Программы позволяющие оценить коэффициенты диффузионной подвижности компонентов, основанные на численном решении системы диффузионных уравнений модели.

3. Результаты экспериментальных исследований концентрационных неоднородностей компонентов в поверхностных слоях системы Ре-Сг, инициируемых ионной имплантацией, в зависимости от типа ионов и параметров имплантации.

4. Результаты экспериментальных исследований структуры поверхностных слоев системы Ре-Сг при различных параметрах облучения и типа ионов.

апробания работы. Результаты работы докладывались на II Всесоюзном совещании-семинаре молодых ученых "Ускорители заряженных частиц и радиационная физика" (Москва, 1990), Ш Всесоюзном совещании "Физико - химия взаимодействия ионного и фотонного излучения с веществом" (Москва, 1991), II Всесоюзной конференции "Обработка конструкционных материалов пучками заряженных частиц" (Свердловск, 1991), xi Всероссийской конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Москва, 1993),

П Всероссийском семинаре "Физические и физико-химические основы ионной

имплантации" (Н. Новгород, 1994), XII Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью" (Москва, 1995), IV Всероссийской конференции по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц (Томск, 1996), IV Межгосударственном семинаре «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий» (Обнинск, 1997), XII1 Международной конференции "Взаимодействие ноипп с поверхностью" (Москва, 1997).

Отдельные результаты работы вошли в отчет УрО РАИ "Отчет о научной и научно-организационной деятельности за 1995 г."

Основные результаты диссертации изложены в 13 публикациях.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и ирилоячешш. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, ■-¡сличая 33 рисунка и 5 таблиц. Список литературы содержит 144 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность исследований по ионному облучению сталей и сплавов, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

В первой главе дан обзор литературных данных но основным столкновительным и диффузионным процессам, происходящим при ионной «шшшшцшт. влияние лих процессов на отклонения от нормального распределения пробегов ионов в облучаемых образцах. Рассмотреть процессы аморфизации, а после набора определенной дозы имплантации и последующей рекристаллизации ионно-имнлатириванкых слоев. Приведены модели немонотонного распределения концентрационных профилей основанных на диффузионной природе этого явления.

Во второй главе описаны феноменологические модели, построенные на основе диффузионных уравнений и позволяющие получать концентрационные профили имплантированного металлоида и основною компонент облучаемою материала, учитывающие изменении фазового состава.

Считалось, что после структурного перехода в аморфное состояние возможно образование группировок атомов (комплексов),

состоящих из имплантанта и металлических компонент сплавов. Химическое взаимодействие между компонентами в этом случае подобно особенностям химической связи в быстрозакаленных аморфных сплавах типа металл-металлоид, с образованием атомных группировок (комплексов) с ковалентным типом химической связи. Кроме того, процесс ионной имплантации сопровождается распылением поверхности мишени, генерацией дефектов, стимулирующих диффузию компонентов системы и вызывающим механические напряжения в поверхностных слоях, что изменяет распределение их по глубине. Формирующиеся в процессе ионной имплантации группировки атомов будут участвовать в подобном диффузионном перераспределении и будут влиять на параметры диффузии.

В соответствии с этими представлениями предложена феноменологическая модель, которая соответствует значениям доз, при которых происходит аморфизация имплантированного слоя, но еще не формируются преципитаты. Примесь металлоида N1 имплантируемая в мишень, находится как в свободном состоянии, так и часть ее вступает во взаимодействие с атомами металла N2 и образует комплекс N<3. Перенос атомов обоих сортов осуществляется за счет диффузии, обусловленной градиентом концентрации N1 и N2 и дрейфа в поле упругих напряжений, дрейфовая часть потока пропорциональна градиенту1 этих напряжений.

Полный поток как атомов 1-го, так и атомов 2-го сорта описывается уравнениями диффузионного потока и складывается из потока свободной примеси и потока примесей, связанной в комплексы.

Начальное распределение по глубине подчинено закону Гаугсса:

2 Б ( (х-Ы )2'

К = -ехр--—

л/2тг(1 + ег£(Кр/2ДКр)Л1у0 I, ;

Скорость изменения концентрации элементов определяется выражениями:

см, , д'ТЧ, сМд

—^- = <1,-± + тх-+ Я--^ (!)

а дх. дх. СХ

тг б2N2 5м<,

-= а7-—- + т7-;---(2)

а 2 дх2 2 дх2 81

Кроме того, в приближении локального равновесия, по которому

скорость установления равновесия в реакции комплексообразования

достаточна для установления равновесного состояния между

компонентами N1, N2 и продуктом их взаимодействия N<3 в любой точке

мишени, т.е. скорость комплексообразования к] >^N2 равна скорости диссоциации комплексов к^^:

где: к=к1/к2 - константа равновесия (комплексообразования). Из общих

соображений, предполагается, что т1/щ2~Н1/Н2.

Начальные и граничные условия имеют вид: Ы!(х,0)=0 Ы2(х,0)=Ы20 К](со,Т)=0 Ы2(со,Т)=М20 dN1/dx(0,T)=0 с1Ы2/с1х(\1:,Т)=0

где: - движение границы за счет распыления.

После образования полностью аморфной поверхностной зоны, в некоторых случаях продолжение ионной бомбардировки приводит к рекристаллизации поверхностных слоев, что может быть связано с увеличением концентрации вводимой примеси, а, следовательно, дополнительным вводом радиационных дефектов с их последующим динамическим отжигом.

Приведенную выше модель аморфизации на основе диффузионного перераспределения компонентов облучаемого образца с образованием группировок атомов типа металл-металлоид, можно дополнить, учитывая рекристаллизацию поверхностных слоев. Ионно-имплактированная область по глубине условно разделяется на две зоны: более глубокая, которая, вследствие меньших концентраций внедренной

ОД 1=1 1 переходная У область

лоток ионов 1 1 1 /1 1=2 1 1 аморфна* фаза

-—--* N крнеталяческал | фаза ч]

1 1 ! I4- 1 профиль раслр. икллактаита

0 X 1 х

Рис. 1. Схема физической модели формирования поверхностных слоев.

примеси и градиента внутренних напряжений, сохраняет аморфную структуру, и поверхностная, которая подвержена рекристаллизации.

Положение границы раздела меняется в зависимости от параметров имплантации и является «прозрачной» для диффузии компонентов

системы (рис. I).

Н общем случае рекристаллизационная область может образоваться в поверхностном слое там. где концентрация примеси достигает критического значения так же как и внутренние

напряжения.

Аналогично модели аморфпчацни, приведенной выше, металлоид N1 имплантируется в металл, при этом вступает во взаимодействие с атомами металла N2 и образует комплекс Ид. С увеличением дозы имплантации и, следовательно, с накоплением внутренних механических напряжении происходит постепенный распад комплексов до их полного исчезновения.

Переходя от потоков компонентов к скорости изменения концентрации имплантированной примеси, имеем для кристаллической фазы (1=1, на Рис. 1):

а 1К эх2 ах Эх

для аморфной фазы (1=2. на Рис.1):

0Ы1Д . 02М,а 52 N х, 5Ь о

—Г 1А + т1 ^Г-^ ~ ~~ ,А "-Г~4--

С1 5х" дх' ах дх сЛ

Ь = -^Г(х)- скорость дрейфа атомов, обусловленного

совокупным действием движущих сил. Сила, вынуждающая дрейф атомов 1(х)Н0ехр(-а2х2).

Скорость изменения концентрации компоненты N2 определяется выражением для кристаллической фазы (1~1. на Рнс.1):

а*« . ,

2К - 2 '

а ^ дх

для аморфной фазы (1-2. на Рис.!):

-О -

л 2А 5х2 2 бх? 51 (} М0=к(М1А-Ы2А)

ТТпчп и.пцр условия:

М,[х,0]=0: Ы2[х,0]=^20

дН

ПА

Граничные условия:

к1К(х1,г) = к2А(х1>1),

аы,

1А

дк

дЫ

2А

2 А

хО

дк

= -V.

хО

МК

ЧК

дк

1А

х!

дк

1КК.

х!

сМ

2К

дк

-й

дМ

2А

х!

дк

х!

где Хо- координата поверхности матрицы с учетом распыления (скорость распыления поверхности - У0), -VI - скорость движения границы раздела фаз.

Далее сделан переход от систем дифференциальных уравнений к их численному алгоритму с помощью метода сеток или, если точнее, метода конечных разностей, для этого область непрерывного изменения аргумента заменяется областью дискретного его изменения и дифференциальный оператор заменяется некоторым разностным оператором, а также формулируется разностный аналог для граничных и начальных условий.

В третьей главе описана методика ионно-лучевой обработки образцов, исследования состава методами ренггеноэлектронной спектроскопией и Оже-элекгронной спектроскопией, а также атомной структуры поверхностных слоев - методом электронографии на отражение. Описана методика измерения микротвердости для пленок, имеющих толщину меньшую или сравнимую с 1 мкм.

В четвертой главе приведены результаты исследования влияния облучения системы Ре-Сг ионами Аг+ и Не+. Понятно, что внедренные атомы инертных газов не вступают с атомами мишени в химическое взаимодействие, поэтому формирование состава и структуры поверхностного слоя может быть обусловлено только взаимодействием компонентов мишени между собой, инициированное ионной бомбардировкой. Поэтому при имплантации ионов Аг+ в мишень Ре-Сг помимо градиента дефектов активизируется взаимодействие атомов кислорода с атомами матрицы и реализуется радиационно-ускоренная диффузия его в глубь образца. Очевидно, что кислород, участвующий в процессе, есть остаточный кислород, присутствующий в вакуумной камере установки. При этом образуются сложные оксиды переменного состава от

РеСг02 до РеСг204 со структурой шпинели, распространяющиеся глубже проективного пробега ионов Аг+ при данных энергиях (Кр=1б,5 нм). Необходимо отметить, что влияние дозы имплантации и скорости набора дозы на формирование химического состава и атомного строения поверхностного слоя системы Бе-Сг мало отличаются.

Облучение системы Ре-Сг атомами Не при дозах 1-5*1017ион/см2, не приводит к структурным нарушениям, но вызывает увеличение содержания углерода в анализируемом слое. Это, очевидно, обусловлено конденсацией на поверхности мишени паров углеводородов, находящихся в газообразном состоянии в камере ионно-лучевой установки в виде С-Н.

В пятой главе представлены результаты исследования имплантации ионов фосфора и бора в систему Ре-Сг. При средней энергии 40 кэВ максимальная глубина вне/фения имплантированных атомов фосфора составляет ~ 50 нм (Рис.2а) для всех применяемых доз облучения. Концентрационные зависимости, при начальной дозе, соответствующие гауссовой форме, с увеличением дозы трансформируются в кривые с возрастающим коэффициентом антисимметрии. Максимум концентрации смещается к поверхности, что однозначно указывает на выход в режим насыщения, когда число внедренных ионов равно числу распыляемых.

Элекгронограммы модельных образцов и стали 20X13 после облучения Р+ при дозах 11017 ион/см2 зафиксировали аморфную структуру поверхностного слоя, глубиной -10,0 нм. По мере возрастания дозы имплантанта до 2 1017 ион/см2 и выше происходит появление и рост интенсивности микрокристаллических рефлексов, что свидетельствует о формировании кристаллической фазы, постепенном увеличении ее доли в поверхностном слое мишени. При дозе 51017 ион/см2 образуется текстурованная шшпсристаллнческая структура, период текстуры - 0.270 нм, ось текстуры - перпендикулярна поверхности образца, совпадая по направлению с вектором градиента внутренних напряжений.

Очевидно, образованные при начальных дозах облучения атомные группировки (комплексы), типа карбофосфидов (Бе) Сг-Р-С в ближайшем окружении, при повышении концентрации

имплантируемой примеси и увеличении внутренних напряжении трансформируются и происходит выделение преципитатов, в соответствии с литературными данными - фосфидов железа (Бе-Р) и карбцдов хрома (Сг-С). При этом, меняется механизм диффузии, влияющей на перераспределение компонентов системы: от диффузии в поле внутренних упругих напряжений, осложненной комплексообразованием, до реактивной диффузии.

Время травления, мин

О 20 40 60 80 Время травления, мин

Доза * 10'7ион/смг:

1 3 5

Время травления, мин

Плотность тока (мкА/см2):

г 10 Д 30 50

Рис.2. Концентрационные планированных ионов Р+ (а)и В+ (б) в зависимости от дозы облучения

Рис.з. Профили распределения ионов Р+ (а) и В+ (б) в сплаве но глубине в зависимости от плотности ионного тока

Дополнительным подтверждением структурных изменений полученных методом электронографии могут служить результаты мнкротвердости облученных образцов. Значения микротвердости облученных образцов находятся выше значений микротвердости исходных образцов. Причем максимальные значения микрочнердости облучешшх образцов (Ннш/Нисх~2,3) стабилизируются на уровне доз (3,4,5)»]О17 ион/см2, что свидетельствует о формировании некой устойчивой атомной структуры.

Несколько иная картина, наблюдаются при имплантации ионов В+ (Рис.2б). Распределение по глубине атомов бора при минимальной дозе совпадает, в пределах погрешности эксперимента, с теоретической кривой, рассчитшшой в соответств1Ш с распределением Пирсона-ГУ . 11ри дозах (4-

5) 1017 ион/см2 отличие в распределении бора заключается в изменении формы концентрационной кривой и увеличении глубины распространения до ~ 160 нм. С повышением дозы изменение концентрационных профилей может быть связано с усилением диффузионных процессов, расширением области внедрения ионов В+ и началом сопровождающихся структурных превращешга. В тоже время, электронографический анализ атомной структуры поверхностных слоев системы Ре-Ст показал, что структура измененного слоя остается аморфной при всех исследованных дозах имплантации В+.

Плотность потока ионов, является одним из параметров ионной имплантации, влияющих на формирование состава и структуры поверхностного слоя. Повышение скорости набора дозы влечет за собой локальное увеличение плотности повреждений в объеме каскадной области и локальное увеличение температуры, во многом определяющих атомную структуру и состав ионно-имплантированных слоев мишени.

Анализ оже-спекгров показал, что при неизменной глубине внедрения ионов Р+, равной -40 нм, концентрационные профили с возрастанием плотности ионного тока изменяются (рис. За). Во-первых, трансформируется форма кривой распределения, во-вторых наблюдается тенденция к уменьшению максимальной концентрации внедренной примеси: -43 ат.% при плотности ионного тока 10 мкАУсм" до -25 ат.% при 50 мкА/см2.

Подобная трансформация профиля распределения по глубине атомов фосфора с возрастанием скорости набора дозы может быть обусловлена несколькими причинами. Во-первых, увеличение плотности ионного тока приводит к возрастанию скорости распыления (в том числе селективного) поверхности мишени. Во-вторых, вследствие большей генерации дефектов, возможны взаимодействия внедренных атомов с дефектами и их диффузия, а также механизм локального разогрева мишени и испарения атомов фосфора.

Данные элекгронографических исследований свидетельствуют об изменении структуры ионно-имплантированных слоев. При малых-плотностях тока ионов Р+ образуется поверхностный слой с аморфной структурой, а при повышении плотности ионного тока до 30 мкА/см" и выше фиксируется кристаллическая структура. Кроме того, наблюдаемая рекристаллизация имплантируемого слоя с повышением плотности потока ионов, может быть связана, аналогично процессам при дозовой зависимости, с участием внедряемых атомов в химической связи, образованием соединений металл-металлоид, инициируемых локальным разогревом поверхностного слоя и ростом внутренних напряжений при увеличении скорости набора дозы.

В отличие от дозовой зависимости микротвердости, график влияния микротвердости от плотности потока ионов, возрастая (максимальное значение Нимп/НИСх~2.6), имеет почти линеиную зависимость, что может быть связано с постепенным ростом доли кристаллической фазы в измененном слое, а не с ростом концентрации внедренной примеси.

После ионной имплантации ионов В+ при изменении скорости набора дозы, зафиксировано значительное уменьшение значений концентрации внедренных атомов бора с -18.0 ат.% при 10 мкА/см2 до -5.0 ат.% при плотности ионного тока 50 мкА/см2 (рис.Зб). Однако заметного изменения формы профиля концентрации атомов бора на глубине до 80.0 нм, не происходит. Сохранение формы профиля распределения концентрации атомов бора обусловлено, очевидно, прежде всего незначительной скоростью распыления поверхности образца в процессе имплантации ионов бора. Для объяснения причин уменьшения концентрации атомов бора (более значительной по сравнению с имплантацией ионов Р+ ) представляется зависящие от температуры и дефектности имплантированного слоя радиационно-стимулированные диффузионные процессы. Возможно, механизм этих процессов связан со взаимодействием формирующихся группировок металл-металлоид с дефектами, так как, по литературным данным, максимум концентрации дефектов находится к поверхности ближе, чем концентрации внедренной примеси. Поэтому комплексы атомов могут диффундировать к поверхности, где вследствие селективности распыления атомы бора будут распыляться преимущественно.

Зависимость микротвсрдости имплантированного бором образца от скорости набора дозы имеет максимальное значение при минимальной плотности тока (Нии/Ниа^^) монотонно уменьшаясь до Имп/Нисх=1,8 при максимальной плотности тока (50мкА/см2). Увеличение микротвердости в - 2,4 раза, очевидно, связано с образованием в приповерхностных слоях группировок атомов типа металл-металлоид и максимальным значением внутренних напряжений, обусловленных наибольшей концентрацией внедренной примеси, а последующий спад (с увеличением плотности тока) - с уменьшением концентрации бора и, следовательно, комплексов типа металл-металлоид.

Таким образом, в экспериментах наблюдалось два процесса (аморфизация и рекристаллизация), зависящих от типа ионов и параметров облучения. При этом, химическое взаимодействие между компонентами подобно особенностям химической связи в быстрозакаленных аморфных сплавах системы металл-металлоид, характеризуется образованием атомных группировок (комплексов) с ко валентным типом химической

связи. Кроме того, процесс ионной имплантации сопровождается распылением поверхности мишени. генерацией дефектов, стимулирующих диффузию компонентов системы и вытываюпнгх внутренние механические напряжения в поверхностных слоях. Формирующиеся в процессе ионной имплантации группировки атомов участвуют в диффузионном перераспределении и влияют на структуру и состав поверхностных слоев.

В шестой главе приведены расчетные кривые концентрационных профилей и данные кинетических коэффициентов имплантанта и основной компоненты сплава но полученным экспериментальным концентрационным и структурным данным.

При численном решении системы уравнений (1.2) расчетный профиль распределения сопоставлялся с экспериментальным профилем распределен™ по глубине Р и В до их максимального совпадешь при вариации параметров диффузии - <3Ь с12 и коэффициента комплексообразования - к.

Г,1\с'нкя. ИИ Г.]> 6)111*. нч

Рис.4. Экспериментальные и расчетные профили распределения и сплаве Ге-Сг: а) при имплантации В+; б) при имплантации Р+. На рис.4. изображены профили распределения по глубине

имплантированных атомов В, Р и основной компоненты облучаемого материала - Ре, соответственно, полученные экспериментально и теоретически. Расчетные распределения, представленные на рисунках, получены при следующих исходных параметрах: И-МО17 ион/см2. Т,~30 мин, N20=20 ат%: при имплантации Р - с1р=3.1110

ш„

I .Ой ш

1-16 см^с. ^=7.410

16 2 . . «../>-17 .. 2

1-17 см^/с. 2 .

см /с;

см" С, ГПрс-^.и10

при имнланташш В - с!в^ 9.1 10"18 см2/с. с1рс~4.5 10"17 см 7с,

"•В

=1 ¿1Л

=< 11-1П

'"Ре

1-17

Движение границы рассчитывалось из экспериментальных условий: при имплантации Р+ - у=0.42 нм/мин, при В+ - у=0.07 нм/мин. Из рис.4 видно, что совпадение профилей распределения

укладывается в погрешности эксперимента и расчета. Некоторые отличия в расчетном распределении обусловлены тем, что не учитывалось химическое взаимодействие имплантируемой примеси с атомами О и связями Сг-О (вследствии высокого сродства) и Сг-С (ввиду высокой карбидообразующей способности хрома).

Кроме того, рост коэффициента диффузии более «тяжелого» металлоида может определяться большей дефектностью и температурным режимом ионно-имплантированного слоя при облучении ионами фосфора. Однако необходимо отметить, что в данном случае значения коэффициентов диффузионной подвижности носят приблизительный характер, поскольку учитывались только два компонента: имплантант - (В, Р) и элемент матрицы - Бе. Для учета других компонентов необходимо увеличивать число уравнений, при этом соответственно, возрастет и степень сложности решаемой задачи.

Во втором случае, при численном решении системы уравнений (3-6), аналогично предыдущему решению, расчет происходил до максимального совпадения экспериментального и теоретического профилей распределения по глубине металлоида подбором параметров 4 к, N,0-(Рис.5).

О 5 10 15 20 25

Глубина, ни

Рис.5. Экспериментальные и расчетные профили распределения основной компоненты (Те) сплава Ре-10ат%Ст и имплантируемой примеси (Р) после ионного облучения при 0=51017 ион/см2

Расчетные распределения получены при следующих исходных параметрах (соответствующих имплантации фосфора в сплав Ре-Сг): 0=5*1017 ат/см2, ^ = 2.5 ч., У0= 0.42 нм/мин

Коэффициенты диффузии, полученные в расчете:

d1K=3.62'10":2CM2/c, diA=6.0710'16 см2/с, d2K=1.26 10:1 сsr/c, d2A=1.59 10~1бсм2/с.

Рассчитанные коэффициенты диффузии, как и в предыдущем случае, выше коэффициентов диффузии, полученных при изучении диффузии в AMC (что объясняется наличием радиационно-стимулированной диффузией), хотя имеет место и совпадение в том, что коэффициенты диффузии в AMC - больше коэффициентов диффузии в их кристаллических аналогах при тех же температурах, рассчитанных экстраполяцией с более высоких температур, на 5-6 порядков.

Таким образом, прп постоянной дозе имплантации металлоидов изменение интенсивности внедрения ионов влияет на характер процессов формирования химического состава и атомной структуры стали. Процесс рекристаллизации ионно-имплантированного слоя, наблюдаемый с возрастанием плотности потока ионов Р+, может быть связан с наличием градиента внутренних напряжений, концентрацией имплантанта в дефектной зоне, а также с некоторым динамическим отжигом аморфизнрованного слоя. Последний фактор играет более значительную роль с повышением плотности тока ионов, т.е. с увеличением выделенной в поверхностном слое энергии.

Выводы

1. Предложен комплексный метод определения коэффициентов диффузии компонентов системы «ион-мишень» при имплантации ионов в металлы и сплавы. Метод включает разработку' феноменологической модели формирования состава ионно-имплантированных слоев и сравнение рассчитанных профилей распределения концентраций компонентов по глубине с экспериментальными результатами в условиях облучения ионами металлоидов средних энергий различной массы и атомного размера.

2. По результатам экспериментальных исследований впервые показано, что:

- имплантация ионов Р+, больших по ионном}' радиусу и массе В+, вызывает изменение структуры ионно-имплантированного слоя от поликристаллнческой в исходном состоянии до аморфной и текстур ированного поликристалла при увеличении дозы имплантации с ПО17 ион/см2 до 51017 ион/см2;

- при повышении плотности потока ионов химически активных элементов Р+, В+ от 10 мкА/см2 до 50 мкА/см2 при постоянной дозе

облучения уменьшается концентрация введенной примеси. Предложен механизм, в соответствии с которым уменьшение концентрации атомов бора и фосфора, связано с диффузионными процессами при взаимодействии дефектов в ионно-имплантированном сдое с атомами имплантированной примеси и селективным их распылением, а также, в случае облучения ионами фосфора, возможен локальный разогрев поверхностных слоев и испарение фосфора;

- выявлено, что имплантация ионов аргона вызывает образование сложных оксидов типа Fe3.xCrx04 со структурой шпинели, причем структура и состав слоев зависят от дозы и скорости набора дозы. Формирование шпинели связано с участием остаточного кислорода вакуумной системы (в отличие от внедрения ионов химически активных элементов (Р+,В+), при котором шпинелеобразующие компоненты системы (Cr,Fe) связываются в комплексы и металлоподобные соединения);

- показано, что имплантация ионов гелия обусловливает конденсацию на поверхности металлов паров углеводородов, что связывается с более низким температурным режимом.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Баянкин В.Я., Никитин AB. Влияние дозы облучения на формирование состава поверхностных слоев стали. // II конф. молодых ученых: Тез. докл. - Ижевск, 1990, с. 8.

2. Баянкин В.Я., Марков A.B., Никитин A.B. Влияние дозы облучения на состав и структуру поверхностных слоев стали. / Всесоюз. сов.-сем. молодых ученых "Ускорители заряженных частиц и радиационная физика": Тез. докл. - Москва, 1990, с. 102-104.

3. Марков A.B., Баянкин В.Я., Никитин AB., Гусева М.И. / Влияние плотности ионного тока на химический состав ионно-иплангированной стали 20X13. - III Всесоюз. совещ. "Физико-химия взаимодействия ионного и фотонного излучения с веществом": Тез. докл. - Москва, 1991, т.2, с. 124-126.

4. Марков A.B., Баянкин В.Я., Никитин A.B. Влияние дозы облучения на состав и структуру поверхностных слоев стали. / П Всесоюз. конф. "Обработка конструкционных материалов пучками заряженных частиц": Тез. докл. - Свердловск, 1991, т.З, с.52-54.

5. Баянкин В.Я., Никитин A.B. О влиянии параметров имплантации ионов металлоидов на формирование состава и структуры поверхностных слоев стали. // Материалы XI конф. "Взаимодействие ионов с поверхностью": Тез. докл. - Москва, 1993, т.З, с.96-97.

6. Баянкин В.Я., Никитин A.B., Федотов А.Б. Влияние дозы имплантации на состав и структуру поверхностных слоев стали. Высокочистые вещества, 1993, N6, с.141-147.

7. Баянкин В.Я., Никитин A.B., Гусева М.И. Влияние плотности потока ионов металлоидов на формирование состава и структуры поверхностных слоев ионно-имплантированной стали. //ФизХом, 1994, N1, с.46-50.

8. Баянкин В.Я., Бубнов А.Д., Никитин A.B. О влиянии остаточного кислорода на формирование ионно-имплантнрованных слоев. // Взаимодействие ионов с поверхностью: XII Международная конфсрснция:Тез.докл.-М.,1995, т.2, с.192-193.

9. Никитин A.B., Федотов А.Б., Баянкин В.Я Формирование ионно-имплантированных слоев в стали. Высокочистые вещества, 1995, N3, с.147-152.

10. Никитин A.B., Федотов А.Б., Баянкин В.Я Формирование химического состава ионно-имплантированных слоев стали при рекристаллизации. IV Межгос. семинаре "Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий" , Обпинск, 1997, с.67-68.

11. Никитин A.B., Федотов А.Б., Баянкин В.Я Формирование состава и структуры ионно-имплантированных слоев стали в условиях рекристаллизации. Вестник УдГУ, Ижевск, 1997, N4, с.93-98.

12. Никитин A.B., Баянкин В.Я, Федотов А.Б. Модель формирования ионно-имплакнтированных слоев системы металл-металлоид XIII Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью" Москва, 1997, т.2, с. 276-279.

13. Никитин A.B., Баянкин В.Я, Федотов А.Б. Модель формирования ионно-имплакнтированных слоев системы металл-металлоид. ФХОМ, 1998, N5, с. 16-18.

Автор считает долгом выразить благодарность д.ф.-м.н. Гусевой М.И., д.ф.-м.н. Тетельбауму Д.И.. к.ф.-м.н. Федотову АБ. за помощь оказанную в работе.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Никитин, Андрей Вячеславович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ В МЕТАЛЛЫ

1.1. Процессы, сопровождающие движение ионов

1.2. Процессы, влияющие на состав и структуру ионно-имплантированных слоев

1.2.1. Столкновительные процессы

1.2.2. Диффузионные процессы

1.3. Структурно-фазовые процессы

1.3.1. Аморфизация ионно-имплантированных слоев

1.3.2. Рекристаллизация поверхностного слоя при ионной имплантации

1.4. Модификация физико-химических свойств

1.5. Модели сегрегационных явлений 27 Выводы к главе

ГЛАВА 2. ФОРМИРОВАНИЕ ИОННО-ИМПЛАНТИРОВАННЫХ

СЛОЕВ С УЧЕТОМ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ

2.1. Модель

2.2. Схема расчетов 43 Выводы к главе

ГЛАВА 3. МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Ионно-лучевая обработка образцов

3.2. Методы исследования состава

3.3. Методы исследования структуры

3.4. Оценка микротвердости тонких пленок с учетом их толщины и твердости подложки

3.5. Исследуемые образцы

ГЛАВА 4. ИМПЛАНТАЦИЯ ИОНОВ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ

4.1. Влияние имплантации ионов Аг+ на состав и структуру поверхностных слоев в зависимости от дозы имплантации

4.2. Влияние имплантация ионов Аг+ на состав и структуру поверхностных слоев в зависимости от плотности потока ионов

4.3. Влияние имплантации ионов Не+ на состояние поверхностных слоев

Выводы к главе

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧЕНИЯ И МАССЫ ИОНОВ МЕТАЛЛОИДОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ АТОМНОГО СТРОЕНИЯ ИОННО - ИМПЛАНТИРОВАННЫХ СЛОЕВ СИСТЕМЫ Fe-Cr

5.1. Имплантация ионов фосфора

5.1.1. Влияние дозы имплантации на состав и структуру поверхностных слоев

5.1.2. Влияние плотности потока ионов на состав и структуру поверхностных слоев

5.2. Имплантация ионов бора

5.2.1. Влияние дозы на состав и структуру поверхностных слоев

5.2.2. Влияние плотности потока ионов на состав и структуру поверхностных слоев

Выводы к главе

ГЛАВА 6. ЧИСЛЕННЫЕ РАСЧЕТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ С ПОМОЩЬЮ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Выводы к главе

Введение диссертация по физике, на тему "Определение кинетических коэффициентов при ионной имплантации в металлические системы"

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ исследования определяется необходимостью определения величины кинетических коэффициентов, а также выявления роли параметров имплантации и типа ионов в формировании состава и структуры поверхностных слоев при взаимодействии ионов с металлами. Новым направлением физики твердого тела является исследование фазовых переходов при неравновесных состояниях металлов, стимулированных мощной накачкой энергии при ионном облучении. В результате процесса ионного внедрения в поверхностном слое может быть получена концентрация атомов вводимой примеси, выше предела растворимости, а за счет упругих соударений с атомами решетки - образование радиационных дефектов, количество которых на 2-3 порядка превосходит число имплантированных атомов. Оба этих процесса оказывают заметное влияние на свойства поверхностного слоя и в целом материала при создании новых материалов с необычными характеристиками. При этом, радиационно-стимулированная сегрегация и радиационно-ускоренная диффузия примеси являются процессами, во многом определяющими состав и структуру ионно-имплантированного слоя. Модели, описывающие концентрационное перераспределение компонентов матрицы и имплантируемой примеси, в большинстве создаются под конкретные условия облучения и включают в себя один или несколько процессов, происходящих при ионном облучении, например, таких, как распыление, каналирование, поверхностная сегрегация, каскадное перемешивание и т. д. Таким образом, возрастающий научный интерес к подобного рода задачам определил значительные успехи в понимании и описании различных механизмов и кинетики поверхностной сегрегации и диффузии в двух- и трехкомпонентных системах.

Таким образом, способов расчета для определения коэффициентов диффузии компонентов системы «ион-мишень» при ионной имплантации оказывается недостаточно. Практически отсутствуют систематические исследования, выявляющие закономерности влияния типа ионов, параметров облучения на формирование химического состава и атомной структуры мишени. Установление роли основных параметров облучения, массы и атомного размера внедренных ионов на изменения концентрационных профилей распределения компонентов, а также на величины коэффициентов диффузионной подвижности элементов системы требуют комплексных исследований, включающих сочетание эксперимента с компьютерным моделированием.

ЦЕЛЬ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ состоит в разработке метода определения коэффициентов диффузии компонентов системы «ион-мишень» при имплантации ионов в металлы и сплавы при аморфизации и рекристаллизации поверхностных слоев.

Для решения поставленной цели решались следующие задачи:

3. Экспериментально исследовать распределение компонентов по глубине и изменение атомной структуры поверхностных слоев системы Ре-Сг при облучении ионами (Р+ и В+), (Аг+ и Не+) с энергиями (30-40 кэВ) и плотностями ионного тока (10-50 мкА/см2).

4. Получить численные значения коэффициентов диффузионной подвижности компонентов системы «ион-мишень» на основе экспериментальных результатов^

Выбор объектов исследования обусловлен тем, что система Ре-Сг легко аморфизуется при имплантации ионов металлоидов, кроме того, она является основой нержавеющих сталей мартенситного класса, в который входит низколегированная сталь 20X13, широко применяемая в промышленности. Параметры облучения подбирались достаточными для аморфизации и рекристаллизации поверхностных слоев мишени. В качестве экспериментальных методов исследования использовались: Оже- и рентгеноэлектронная спектроскопии, электронография на отражение, измерение микротвердости; для расчетов величины диффузионных коэффициентов имплантанта и атомов матрицы применялось численное решение систем дифференциальных уравнений по разностной схеме.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

2. Впервые экспериментально показано, что: а) при возрастании плотности потока ионов Р+ или В+ с 10 мкА/см2 до 50 мкА/см2 уменьшается концентрация внедренной примеси в измененном слое; б) повышение дозы имплантации ионов Р+ с 1х1017 ион/см2 до 5x1017 ион/см2 вызывает изменение структуры поверхностных слоев мишени: исходный поликристалл аморфное состояние => поликристалл => текстурованный поликристалл.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.

1. Вследствие влияния остаточной атмосферы вакуумной системы, имплантация ионов аргона вызывает образование в поверхностных слоях сложных оксидов Рез.хСгх04 со структурой шпинели, а имплантация более легких ионов гелия приводит к конденсации на поверхности мишени паров углеводородов.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСИТСЯ:

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Работа изложена на 126 страницах машинописного текста, включая 33 рисунков и 5 таблиц. Список литературы содержит 144 наименования.

Заключение диссертации по теме "Приборы и методы экспериментальной физики"

109 ВЫВОДЫ

1. Предложен комплексный метод определения коэффициентов диффузии компонентов системы «ион-мишень» при имплантации ионов в металлы и сплавы. Метод включает разработку феноменологической модели формирования состава ионно-импл актированных слоев и сравнение рассчитанных профилей распределения концентраций компонентов по глубине с экспериментальными результатами в условиях облучения ионами металлоидов средних энергий различной массы и атомного размера.

2. По результатам экспериментальных исследований впервые показано, что: а) имплантация ионов Р+, больших по ионному радиусу и массе В+, вызывает изменение структуры ионно-импл актированного слоя от поликристаллической в исходном состоянии до аморфной и текстурованного

17 2 17 поликристалла при увеличении дозы имплантации с 110 ион/см до 5 10 ион/см2;

- при повышении плотности потока ионов химически активных элементов Р+, В+ от 10 мкА/см2 до 50 мкА/см2 при постоянной дозе облучения уменьшается концентрация введенной примеси. Предложен механизм, в соответствии с которым уменьшение концентрации атомов бора и фосфора, связано с диффузионными процессами при взаимодействии дефектов в ионно-имплактированном слое с атомами имплантированной примеси и селективным их распылением, а также, в случае облучения ионами фосфора, возможен локальный разогрев поверхностных слоев и испарение фосфора; б) выявлена роль остаточного кислорода и паров углеводородов в формировании состава поверхностных слоев металлов при облучении образцов ионами инертных газов й показано, что:

- имплантация ионов аргона вызывает образование сложных оксидов типа Рез.хСгх04 со структурой шпинели, причем структура и состав слоев зависят от дозы и скорости набора дозы. Формирование шпинели связано с участием остаточного кислорода вакуумной системы (в отличие от внедрения ионов па химически активных элементов (Р+,В+), при котором шпинелеобразующие компоненты системы (Сг,Ее) связываются в комплексы и металлоподобные соединения).

- показано, что имплантация ионов гелия обусловливает конденсацию на поверхности металлов паров углеводородов, что связывается с более низким температурным режимом при имплантации ионов Не+.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Никитин, Андрей Вячеславович, Ижевск

1. Starodubtsev S.V., Romanov A.M.: The Passage of Charget Particles through Matter. 1.rael Programm for Scientific Translation., Jerusalem, 1965, p. 47-49.

2. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы.-М.: Металлургия, 1990, 216 с.

3. Lindhard J., Scharff М. Energy dissipation by ions in the keV region. // Phys.Rev., 1961, v. 124, p. 128-132.

4. Lindhard J., Scharff M., Schiott H.E. Range consepts and heavy ion ranges. // Mat.-Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk., 1963, v. 33, N 14, p. 42-51.

5. Sanders J.B. Ranges of projectilesin amorphous materials. // Canad. J. Phys., v. 46, p. 455-459.

6. Brice D.K. Ion implantation range and energy deposition distibution. Vol. High incident energies. New York, 1975, p. 121-130

7. Mayer J.W., Erikson L., Davies J.A. Ion Implantation in Semiconductors. New York, 1970,286 р.

8. Lindhard J. Influence of crystal lattice on motion of energetic charged. // Mat. Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk., 1965, v. 34, N 7, p. 32-37.

9. Фирсов О.Б. Качественная трактовка средней энергии возбуждения электронов при атомных столкновениях. // ЖЭТФ, 1959, т. 36, с. 1517-1520.

10. Prinja A.K., Brasure L.W. Transport theory modeling of atomic collisions in mixtures. // Nucl. Instr. and Meth., 1991, B59/60, p. 46-50.

11. КендаллМ. Дж., СтьюартА. Теория распределений. М., 1966, с.360.

12. Буренков А.Ф., Комаров Ф.Ф., Кумахов М.А., Темкин М.М. Таблицы параметров пространственного распределения ионно-имплантированных примесей. \\ Минск, Изд. БГУ, 1980, 348 с.

13. Риссел X., Руге И. Ионная имплантация: пер. с англ. М., Наука, 1983, - 360 с.

14. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. // М., Высшая школа, 1985, 385 с.

15. Sigmund P., Olida A., Falconi G. Sputtering of multicomponent materials elements of a theory. //Nucl. Jns. and Meth., 1982, v. 194, p.514-548.

16. Ионная имплантация и лучевая технология. / Под ред. Вильямса Дж. С., Поута Дж. М., // Киев, Наукова думка, 1988, 360 с.

17. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. /Под ред. Дж. М. Поута и др. // М., Машиностроение, 1987, 424 с.

18. Гусева М.И., Мартыненко Ю.В., Рыбалко В.П. Поверхностные эффекты при облучении. //Вопросы атомной науки и техники. Физ.рад.повреждений и рад.материаловедение. Харьков, 1981, вып. 4(8), с. 35-41.

19. Бондаренко Г. Г. Радиационно-стимулированные процессы в приповерхностных слоях металлических сплавов. //Металлы, 1993, N3, с. 16-19.

20. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел. / Пер. с англ./Под ред. Е.С. Машковой. //М.: Мир, 1989, с. 6-11.

21. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Выпуск II. / Пер. с англ./ Под ред. Р. Бериша. //М.: Мир, 1986, с. 15-17.

22. Фальконе Д. Теория распыления. //УФН, 1992, т.162, N1, с.71-117.

23. Ремизович B.C., Рогозкин Д.Б., Рязанов М.И. Флуктуации пробегов заряженных частиц. // М., Энергоатомиздат, 1988, 240 с.

24. Winterbon К.В., Sigmund P., Sanders J.B. Spatial distribution of energy deposited by atomic particles. // Mat.-Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk., 1970, v. 37, N14, p. 73-76.

25. Bardos G. Range calculation at high ion energy, Part I. // Radiation Effects, 1988, v. 105, p. 191-201.

26. Sigmund P. Theory of sputtering. // Phys. Rev., 1969, v. 184, N2, p.383-416.

27. Методы анализа поверхности. / Под ред.Зандерны А. / Пер. с анлг. М.Мир, 1979, 582 с.

28. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Выпуск I. / Пер. с англ. / Под ред. Р.Бериша. // М.: Мир, 1984, 335 с.

29. Плетнев В.В., Семенов Д.С., Тельковский В.Г. Линейные ограниченные каскады в теории распыления аморфных веществ. // Поверхность, 1983, N5, с. 5-14.

30. Плетнев В.В. Распыление аморфных материалов с высоким атомным номером. //Поверхность, 1987, N3, с.67-72.

31. Манухин В.В. Распыление однородных материалов легкими ионами. // Поверхность, 1993, N3, с.42-47.

32. Шульга В.И., Эльтекова Д.В. Численное моделирование распыления поликристалла железа ионами ксенона низких энергий. // Поверхность, 1990, N12, с. 130-137.

33. Гранкина Т.В., Похил Г.П. Об угловом распределении распыленных атомов. // Поверхность, 1996, N6, с.33-35.

34. Зб.Запорожченко В.И., Степанова М.Г. Преимущественное распыление. Обзор результатов экспериментальных исследований. //Поверхность, 1994,N8-9,с.5-17.

35. Степанова М.Г. Преимущественное распыление. Обзор результатов теории и моделирования. //Поверхность, 1994, N 10-11, с. 5-13.

36. Комаров Ф.Ф., Новиков А.П. Ионно-лучевое перемешивание при облучении металлов. В кн.: Итоги науки и техники, пучки заряженных частиц и твердое тело, т. 7, М., 1993, с.54-81.

37. Paine В.М., Averback R.S. Ion beam mixing: basic experiments.W Nucl.Instrum. and Meth. Phys. Res., 1985, B7-B8, Part 2: Ion Beam Modif. Mater. Proc. 4 Int. Conf. Ithaca, N.Y., July 16-20, 1984, p. 666-675.

38. Гусева М.И. Ионная имплантация в металлах. // Поверхность, 1982, N4,c.27-50.

39. Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах. // М., Металлургия, 1978, 248 с.

40. Бокштейн Б. С., Клинпер JI.M., Уварова Е.Н. Диффузия в аморфных металических сплавах. Аморфные металические сплавы. // М.Металлургия, Науч. труды N147, МИСиС, 1983, с. 81-86.

41. Li R.S., Koshikawa T. Ion radiation enhanced diffusion and ségrégation in an Аио,5бСио,44 alloy betwin - 120°C and rom temperature. // Surface Sci., 1985, v. 151, N 2-3, p. 459-476.

42. Брик В.Б. Диффузия и фазовые превращения в металлах и сплавах. Киев, Наукова думка, 1985, 231 с.

43. Шалаев JI.M. Радиационно-стимулированная диффузия в металлах. // М., Атомиздат, 1972, 148 с.

44. Васильев М.А., Шалаев A.M. Радиационная и термостимулированная поверхностная сегрегация (обзор). // Металлофизика, 1988, т. 10, N 2, с. 64-77.

45. Handorf V. Diffusion in metals and alloys uvder irradiation. // J.Rad.Phys. В., v.6, N18, p.2925-2986.

46. Ho P.S. Effects of enhanced diffusion on preferred sputtering of homogeneous alloy surface. //Surface Sci., 1978, v.72, p.253-263.

47. Sigmund R. J. The effect of radiation upon diffusion inmetals. // J.Nucl.Mater., 1978, N65-70, p.386-412.

48. Watanabe S., Kinoshita H., Sakaguchi N., Takahashi H. Concentration dependence of radiation-induced segregation in Fe-Cr-Ni alloy. // J. Nucl. Mater., 1995, v. 226, N3, p. 330^331.

49. Andersen H.U., Stenun В., Sorensen T., Whitlow H.Y. Surface segregation during alloy sputtering and implantation.//Nucl.JnstandMeth., 1983,v.209/10,p.487-494.

50. Johuson B.H., Law N.Q.Y. Solute segregation under irradiation. // J.Nucl.Mater., 1978, v. 69, p. 424-433.

51. Ахиезер И.А., Спельник З.А. Об устойчивости металлических стекол. // ФТТ, 1983, т.2, N6, с. 1677-1630.

52. Marvick A.D., Kennedy W.A., Mozey P.J. at all. Segregation of nikel to voids in an irradiation high-nicel alloys.//Scr.Met., 1978, v. 12, N11, p. 1015-1020.

53. Piller K.C., Marvick A.D. The radiation-induced redistribution of silicon in nicel. //J.Nucl.Mater., 1978, N71, p. 309-313.

54. Marwick A.D., Piller R.C., Sivell P.M. Mechanism of radiation-induced segregation on dilute nicel alloys. // J.Nucl. Mater., 1979, v.83, N1, p. 35-41.

55. Wautelet M., Antoniadis C., Laude L.D. A criterion of amorphization on transition to metastable states of highly defective solids // Phis. St. Comm. 1986 v. 57, N 9, p. 773-776.

56. Приготовление аморфных сплавов с помощью ионной имплантации /Грант У.А., Али А., Чаддертон Л.Т. и др./ Быстрозакаленные металлы/Под ред. Кантора Б. // М.: Металлургия, 1983, с. 52-57.

57. Hecking N.T., Koat Е.Н. Modelling of lattice damage accumulation during high energy ion implantation. // Appl. Surface Sci. 1989, v. 43, N 1-4, p. 87-96.

58. Русаков B.C., Каныржанов K.K., Туркебаев Т.Э., Айманов М.Ш., Жуков В.Н. Мессбауэровские исследования фазовых превращений в имплантационной системе Fe: В+. // Поверхность, 1996, N 11, с.80-90.

59. Поут Дж. М., Каллис А.Г. Имплантационная металлургия и образование метастабильных сплавов. Ионная имплантация/ Под ред. Дж. К. Хирвонена // М.: Металлургия, 1985, с. 72-110.

60. Andersen L.U., Bottiger J. and Dyrbye К. On the phase formation during ion-beam mixing. // Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. B. 1990, v. 51, N 2, p. 125-132.

61. Rausohenbach В., Erfurth W., Linker G., Meyer O. Ion beam mixing of Cu/Ti bilayers. //Nucl. Instr. and Meth. Phys. Res. B. 1992, v.68, N 1-4, p. 438-442.

62. Комаров Ф.Ф., Морошкин H.B. Возможность флуктуационного образования аморфной фазы в процессе ионного легирования металлов. // ЖТФ, 1984, т.5, N49, с. 1836-1837.

63. Диденко А.И., Лигачев А.Е., Курасин И.В. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. // М., Энергоатомиздат, 1987, 184 с.

64. Буренков А.Ф., Комаров Ф.Ф. О размерах индивидуальных каскадов и плотности выделяемой энергии при ионном облучении. // Поверхность, 1990, N1, с. 51-52.

65. Rauschenbach В., Hohmu H.R. Bilding amorter metall-metalloid verbi dungen durch Jonen-impantation. // Phys. Stat.Sol.(a), 1992, v.72, p.667-678.

66. Диасамидзе Э.М. Структурные изменения в переходных металлах при ионном легировании. / Поверхность, 1990, N8, С. 111-116.

67. Диасамидзе Э.М., Калинин А. Н. Высокодозовая имплантация железа при комнатной температуре. // ФХОМ, 1992, N3, с. 16-19.

68. Нищенко М.М., Васильев В.Ю., Кузьменко Т.Т., Харитоновский С.Я. Аморфизация тонких пленок железа при имплантации ионами бора. // Металлофизика, 1987, т.9, N2, с. 109-110.

69. Hohmuth К., Rauschenbach В., Kalitsch A., Richter Е. Formation of compounds by metalloid ion implantation in iron // Nucl. Instr. Meth., 1983, v.209/210, p.249-257.

70. Carter G., Armour D.G., Donnelly S.E., Webb R. Energy spike generation and quenching processes in bombardment induced amorphization solids // Rad. Eff., 1978, V. 36, P. 1-13.

71. Reuther H. Conversion electron Moffbauer spectroscopic stady on phosphorus implanted iron. //Nucl. Instr. Meth. in Phys. Per., 1988, B.30, p.61-66.

72. Вяткин А.Ф. Твердофазный эпитаксиальный рост кремния. // Поверхность, 1991, N4, с.5-26

73. Беляков B.C., Никулина JI.M., Титов А.И. Ионно-стимулированная кристаллизация полупроводников // Высокочистые вещества, 1991, N2, с.200-205

74. Титов А.И., Аброян И.А. и др. Взаимодействие вакансий с границей аморфный слой монокристалл. // Тез. док. ХП Междунар. конф. "Взаимодействие ионов с поверхностью", М., 1995, т.2, с. 148-151.

75. Аброян И.А., Беляков B.C., Титов А.И. Влияние плотности тока на ионно-стимулированную эпитаксиальную твердофазную кристаллизацию поверхностных слоев полупроводников. // Поверхность, 1989, N4, с. 84-89.

76. Аброян И. А. Физические основы ионного внедрения и изменения свойств поверхности. // Изв. РАН. Сер. физ. 1996, т. 60, N 7, с. 62-81.

77. Kohlhof К. Industrial application of ion assisted surface modification. // Nucl. Instrum. Phys. Res. В., 1995, v. 106, N 1-4, p. 662-669.

78. Лаврентьев В.И., Погребняк А.Д. Воздействие ионных пучков на железо и стали. // Металлофизика и новые технологии, 1996, т. 18, N 11, с. 18-39.

79. Томпсон М. Дефекты и радиационные повреждения в металлах. // М., Мир, 1971, 368с.

80. Ахиезер И.А., Давыдов Л.Н. Теория сегрегации в сплавах при облучении. // Вопросы атомной науки и техники. /Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение/ 1982, вып. 3 (22), с. 46-50.

81. Рыжков В.И., Сенкевич А.И., Шалаев A.M. О немонотонной форме равновесной сегрегации атомов в приповерхностном слое сплава Feo^-Cro.os- Н Металлофизика, 1986, т.8, N3, с.69-73.

82. Абдрашитов В.Г., Рыжов В.В. Модель расчета высокодозовой ионной имплантации в металлы. // ФХОМ, 1990, N 6, с. 14-18.

83. Абдрашитов В.Г. Моделирование высокодозовой ионной имплантации в металлы в условиях науглероживания поверхности. // ФХОМ, 1994, N1, с.21-26.

84. Абдрашитов В.Г., Рыжов В.В., Турчановский И.Ю. Моделирование высокодозовой ионной имплантации. // Препринт N 26. Томск: Том. фил. СО АН СССР, 1987, 17 с.

85. Rangaswamy M., Farkas D. Prediction of high dose ion implantation profiles as influenced by radiation induced transport and sputtering // PrOc. Mat. Res. Söc. Symp., 1985, v. 45, p. 91-96.

86. Sigmund P., Grass-Marti A. Theoretical aspects of atomic mixing by ion beams. // Nucl. Instr. Meth. 1981, v. 182/183, p. 25-41.

87. Губарев A.A., Теплов C.B. Моделирование перемешивания слоистых систем при бомбардировке ионами средних энергий. // Поверхность, 1995, N5, с.31-39.

88. Усков В.А. Многокомпонентная диффузия примесей в моноатомных и бинарных полупроводниках. // В сб.: Свойства легированных полупроводников. М., Наука, 1977, с. 129.

89. Фистуль В.И., Синдер М.М. Диффузионные приповерхностные примесные профили в полупроводниках. 4.1. Последовательная диффузия. // ФТП, 1983, т. 17, N 11, с. 1995-2002.

90. Фистуль В.И., Синдер М.М. Диффузионные приповерхностные примесные профили в полупроводниках. 4.2. Одновременная и взаимная диффузия. // ФТП, 1983, т. 17, N 11, с. 2003-2008.

91. Баянкин В .Я., Марков A.B., Чураков В.П., Усков В.А., Тательбаум В.И. -Перераспределение основных компонентов стали 20X13 при облучении ионами фосфора. // В сб.: Радиационно-стимулированные явления в твердых телах. Свердловск, УПИ, 1989, с. 119-124.

92. Мухин B.C., Смыслов A.M., Новикова М.К. Модель распределения имплантируемых ионов в металл. // Изв. вузов. Авиац. техн., 1996, N2, с 83-89.

93. Аккерман А.Ф. Моделирование траекторий заряженных частиц в веществе. // М.: Энергоатомиздат, 1991, 200 с.

94. Biersack J.P., Haggmark L.G. A Monte Carlo computer program for the transport of energetic ions in amorphous targets. // Nucl. Instrum. Meth., 1980, v. 174, p. 257269.

95. Crou P., Ghoniem N.M. Precipitate dissolution by high energy collision cascade. // J. Nucl. Mater., 1983, v. 117, p. 55-63.

96. Cui Fu-Zhai, Li Heng-De. A monte Carlo stady of cascade fluctuation. // J. Nucl. Mater., 1985, v. 133/134, p. 353-356.

97. Абдрашитов В.Г., Рыжов B.B. Моделирование распределений ионной имплантации методом Монте-Карло. // ФХОМ, 1993, N 2, с. 22-30.

98. Васильев В.Ю., Кузьменко Т.Г., Баянкин В.Я. и др. Особенности электрохимического поведения сплавов на основе железа после имплантации ионов металлоидов. // Защита металлов, 1987, т. 23, N 3, с. 487-494.

99. Ю5.Баянкин В.Я., Никитин A.B. О влиянии параметров имплантации ионов металлоидов на формирование состава и структуры поверхностных слоев стали. // Материалы XI конф."Взаимодействие ионов с поверхностью": Тез. докл. Москва, 1993, т.З, с.96-97.

100. Никитин A.B.,Федотов А.Б., Баянкин В .Я Формирование ионно-имплантированных слоев в стали. // Высокочистые вещества, 1995, N3, с. 147152

101. Никитин A.B., Федотов А.Б., Баянкин В.Я Формирование состава и структуры ионно-имплантированных слоев стали в условиях рекристаллизации. // Вестник УдГУ, Ижевск, 1997, N4, с.93-98

102. Самарский A.A., Лозаров Р.Д., Макаров В.Л. Разностные схемы для дифференциальных уравнений с обобщенными решениями. // М., Высшая школа, 1987. 296с.

103. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырный П.И., Начала теории вычислительных методов. Дифференциальные уравнения. // Минск, Наука и техника, 1982, 286 с.

104. Холодник М., Клич А., Кубичек М., Марек М. Методы анализа нелинейных динамических моделей. // М., Мир, 1991, 365 с.

105. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. // М., Наука, 1984, 285 с.

106. Фарлоу С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров // Пер с англ. М., Мир, 1985, 383 с.

107. Самарский A.A. Введение в численные методы. // М.,Наука, 1987, с. 186.

108. Симонов В.В., Корнилов Л.А., Шашелов A.B., Шокин Е.В. Оборудование ионной имплантации. // М., Радио и связь, 1988, 184с.

109. Гусев В.М., Бушаров Н.П., Нафтулин М.М., Проничев А.М, Ионный ускоритель ИЛУ на 100 кэВ с сепарацией ионов по массе. //ПТЭ,1969,№,с. 19-25.

110. Зигбан К. и др. Электронная спектроскопия. // М., Мир, 1971, 493с.

111. Нефедов В.И., Черепин В.Т. Физические методы исследования поверхности твердых тел. // М., Наука, 1983, 226 с.

112. Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений.i

113. Справочник, М., Химия, 1984, 256 с.

114. Нефедов В.И. Физические основы ренттеноэлектронного анализа состава поверхности. // Поверхность, 1982, N 1, с.4-21.

115. Devies L.S.,MacDonald N.S. at al.Handbook of Auger Electron spectroskopy. Phys. Electr. Division, Perkin-Elmer Сотр., USA, 1978, 139p.

116. Методы анализа поверхности. / Под ред.Зандерны А., пер. с анлг. // М., Мир, 1979, 582 с.

117. Горелик С.С., Расторгуев М.Н., Скаков Ю.А. Рентгенооптический и электроннооптический анализ. //М., Металлургия, 1970, 371с.

118. Золотаревский B.C. Механические свойства металлов. // М., Металлургия, 1983.-352с.

119. Bhattacharya А.К. Analysis of elastic and plastic deformation associated with indentation testing of thin films on substrates // Int. J. Sol. and Struct. 1982. -Vol.24, p. 1287-1298.

120. Воеводин A.A., Спасский C.E., Ерохин А.Л. Определение микротвердости тонких покрытий с учетом их толщены и твердости подложки // Заводская лаборатория. 1991, N10, с. 45-46.

121. Васильев М.А., Городецкий О.Д. Влияние ионного облучения на состав и атомную структуру сплавов системы Fe-Ni.// Поверхность, 1992, N4, с. 113121.

122. Акимов А.Г., Демин В.Ю. ОБ избирательном окислении сплавов железо-хром. //Поверхность, 1988, N3, с. 123-128.

123. Физико-химические свойства окислов. / Под ред.Самсонова Г.В. // М., Металлургия, 1978, 471 с.

124. Мровец С., Вербер Т. Современные жаропрочные материалы. Справочник. //М. Металлургия, 1986, с. 148.

125. Шабанова И.Н., Самойлович C.C., Баянкин В .Я. и др. Эффекты сегрегации в поверхностных слоях аморфных лент их сплавов на основе железа. // Доклады АН СССР, 1984, т.274, N3, с.591-593.

126. Баянкин В .Я., Никитин А.В., Федотов А.Б. Влияние дозы имплантации на состав и структуру поверхностных слоев стали. // Высокочистые вещества, 1993, N6, с. 141-147.

127. Goltsul V.P., Prako V.M., Uglov V., Khodaswich Y.Y., Soukich M. The formation of amorphous structure during irradiation of Fe-30% Ni alloy by phosphorous ions. // J.Nucl. Jnst and Meth., 1991, v.59-60, p.823-827.

128. Ли Дж. C.M. Механические свойства аморфных металлов и сплавов / Сверхбыстрая закалка жидких сплавов / Под. ред. ГГермана // М.: Металлургия, 1986, с. 255-316.

129. Баянкин В.Я., Никитин А.В., Гусева М.И. Влияние плотности потока ионов металлоидов на формирование состава и структуры поверхностных слоев ионно-имплантированной стали. // ФизХом, 1994, N1, с.46-50.

130. Gatton Luigi М., Guzman Luis, Miottelo Antonio. On the termal effekt of ion implantation. // J.Nucl.and Meth.Phys.,1983, v.209-210,pt.2: Ion Beam Modif.Mater.Proc., Conf., Crenobl, 1982, p. 1117-1121.122

131. Справочник химика. / Под об. ред. В.П.Никольского. // JI.-M.: Госхимиздат, 1951, т.1, с.286.

132. Guseva M.I., Gradeeva G.V. Phase Transition in the Surfase layers of Materials under Ion Implantation. //Phys.Stat. sol., A.,1986, v.95, p.385-390.

133. Handorf V. Diffusion in metals and alloys uvder irradiation. // J.Rad.Phys. В., v.6, N18, p.2925-2986.

134. Никитин A.B., Баянкин В .Я, Федотов А.Б. Модель формирования ионно-имплакнтированных слоев системы металл-металлоид // Тез. докл. XIII Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью" Москва, 1997, т.2, с. 276-279.

135. Rp,RpD,RpOO,RpDOO,erf,D,tO,n20,dl,d2,ml,m2:real;ccl,cc2,cc3,cc4,h,t,D00,D0,t00,n200,dl0,d20:real;n2t,n12,n 11,n21,n22,kk,qq, korri, kkO, mlO , ш20 : real ;tR,tRR,n1,n2,п1iлn2i:array 0.1200. of real;il,12:array 0.1200. of integer;tex:text;fh,sh,ch:char;

136. Writeln( tex, 'Начальное значение N20= ',n20 : 8 : 2) ;Writeln(tex, 'Коэфф.:'); Writeln( tex, 'dl=', dl, 'ml = ml ) ; Wr iteln ( tex, 'd2=', d2, 'm2=',vi2); Writeln( tex, ' À'- kk) ; Writeln( tex, 7?p=',Rp00, '~Bp= RpDOO) ;

137. Writeln(tex, '') ; Writeln(tex, ' ') ; For j : =0 to m do

138. Writeln(tex, ' Nl',j: 3, 'J=',il[j3, ' B2£',$\3, 'J=i2 [ô . ) ;57:Break(tex);Writeln( ' ) ;1. Writeln( '* **);

139. Write In H a ч a л о программы 1 #') ;

140. Write In ( В ы х о д из программы 2 *")•,

141. Wr iteln ( NE» GRAPH 3 *');1. Writeln( '* **);1. WritelnC ') ;

142. Re ad(i}; If i = l then Goto 58; If i = 3 then Goto 56 EHD.