Природа и механизм образования радиационных и электроразрядных дефектов в SiO2/B2O3 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.18 ВАК РФ

-е V) МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ Г\ " АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

государственный педагогический

УНИВЕРСИТЕТ им. Н. ТУСИ

На правах рукописи УДК 548.4:541.15

ПАНАХОВ НАТИГ ТАХИР оглы

ПРИРОДА И МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ

РАДИАЦИОННЫХ И ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНЫХ ДЕФЕКТОВ В 5Ю2/В203

01.04.18—Кристаллография и кристаллофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ЕЛКУ - 1994

■ Актуальность темы, 3 последние годы бор и боросо- . деркадае .диэлектрики широко применяются в условиях (космической технологии» ядерных реакторах, плазмотронах и др») одновременного воздействия ионизирующих излучений, зарякенных чэолиц» сильных электрических полей и 1вмпе-рагуры» приводящие к образованию поверхностных и объемных дефбкгов. Обычно излечение гвердого геле высокой энер~ -гией образце? неравновесные свободные и захваченные ноеи-гели з.эряда (алейроны и дырки), дефекты решогки (вакансий ^ меадоузепьшю аго?да), примесные зяойы а г.д.

Образование дефокжов возыоыно а при обработке оксл-■ дов элвкгричвским разрядом. В результате згого процесса 1ак же» как и при, |Г г облучении, в оксидах 'образуют дырочные и элвирошше центры, способные участвовать в реакциях» Йейфевие олекгричеекего разряда являемся значительно более гонким инсгруиенто* »оздейсгэия на авердое »ело,, чем -излучеале. Примененад электрического рззрядз позволяв? в огличие о г -квангаз широких' пределах варьирован, энергию .разряда, чю в свои очередь даеу возможное?!, установи®!, ме-ханязи этенг^риых гфоцйсф» в твердой геде., а пвлучадь. • дочод^ижельнукг.ййфо^аадю о в^евозйэйны^ йаналах.протекающих р&акцйй*, '„ ' ■ '•■'"■■'Г''.''.' ■' ; \ :!'гл-'.'

й последнее время установлено, чго оксидные диэлектрики обладаю»,- кагалигичеекой аэтиаиоегьй 8 процессе разложения молекул воды в условиях воздействия иони-ируюцих излучений и элекгричеойого поля, Сдвдолэгельно исследование закономерностей гетерогенных яроцеоеоа в конгакм оксидных диэяеетрйнов з водой прадогааляег определенный интерес при' разработке эффективных путей преобразования даих айдоз знер-

о ь

о к е

о m-

и -« •

m 0 '

» ■ tf 1

*t я:

BS .

S3

<3.

s

Я-'

w-

s; '•BD

•о; о,

3 i к

M. ra s s о

« о m £1

о ® .К s s <а

Ш ro к к го

- ta,' S! о <П

0> о • О о, S¡

=f. о -.as ' œ й tr

O i -6« S3 fH ■ ь; я

И ' О а CS ш 14

s » ' st t=3 CD

о о О л го га

<B РГ и

» JH •Ж

Ci : 'Sí о <5 » "te

C> е а о

« - - s

6« ■ -SS'. ■ Ps s аз

•S-, сз ti <D

о

Ж ю . ЗЭ ' Я' M W

е* !>э о.

«0 . ж о m К

10 SS о « го

я 's аз

S 03 « н Ci в » ÖS/

«г ra m О « о « о

s ta, © « Сц. H IS

ча m tr- m "О" го W frl аэ

8 И о s о w » CD «

33 s Я' s î»s m •

0? ïS - а> ад- a- я В m о

а, я Я ш 1=3 m О гг te El ta

tí to к о, m to- ti 03 en о , со

œ m Of <D ttí rn о m ro й • «

s о а tn s с к s со ш О

ViX о, м го CQ СО о SS, m >5

MJ - -X

FZ

О" H s

X я S o.

а H

« - ПГ •at

о m о

•о •Oí. e»

ft . а «S.

о s

■se <У» « ■V

о ^ - о о

о о •СЭ к

■р1 ГГ' œ

я s sr «

■и а. S-) «

ю и OJ 8

(н 14 №

сц CL, со

CD « a> &»

Я о 35 о

го ro

* Зкоперименгальные результаты по регив1ра«ии относительно истинного' количества неравновесных нооигвлай зарядов на BfjjgpjtoecfH i » подвергнуто воздействию

электрического разряда;

- Роль неравновесных носителей зарядов в поверхносгно-ге-■ re роге иных процеооак передачи анергии qr твердого вещества к адсорбированным ыаяещ/лаи водй| «г Гетерогенные процессы в системе боросиликат é Ш&, дед ¡|<вйо$вив|«

SptisaaspbBfe. церле^ввайиё дрорессвв,. дроисходящиг в §iP: ' при воздействии -излученияи элокК рическоро разряда» Оценка вдгладенной боросиликатоы знер-

Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации докладывались на ХХХЕиег одном Совещании Европейской научно-иоследасзгельокой группы высокого давления "Вещества в конденсированной состоянии и химические превращения иод давлением" (Баку, 1992), на 41-ой иручноН конференции профес-оорсно-преподая81вльокого состава АэХУ (Баку, £993), Международном симпозиуме "Энергия* Экономика. Экология" (Баку« |993), Республиканской научной конференции "Физика-93" (Беку,, 1893), а гакжз на научных семинарах кафедры "Прикладная физике и микроалеотровика" Аз®г и лаборатории "Химической физики" Ойкюра Радиационных Исследований АН /зерб.Республики,

Публикации. По материалам диооертвции опубликовано 10 работ, из них 2 положительных решения на авторское свидетельство и i яамнг,

-fepywaejM; yafee*; рабою, 'Дис»»р>аяия оостоит иа две» дения, четырех глав, выводов а списка цитируемой латедзгуг

Образцы Облучали .,а оуеклйнных. зэиэянних arnlj- ,

"азх марки «в дайцих эйгйэйз ЭЙР при • обаИенйй в

' области & --.giaKiopa ОЙ ' r j^ т и&омп-г

й,ой убгайовке Дозмсгряй -ббй^евяя проводили фер-

р&зулвдамам мвюд'ом»' '•/•' ..:.-'•

3 работа опйШ)вае$оя-м:егодика прбвёдсния эдемричесно-го уазреда. Парадки яо«м. мриовэадмаой. об-

работки в кварцевой чзсги пересыпали .в иолибдёновую часть, ампулы ^подвергали дзисгзию элекгрического разряда. Система Откачки и нэпу ока лоздйлдаа производить испытания при различных газовый давлениях. Электрический разряд создавали 0 комзмью двух электродов (электроды: внутренний- . стержень аз Pi , 'нарукньш - фольга из ) расстояние между электродами составляло 3 ни, при температурах 7? и 300 К* Мовдостьи величину разрядного тока определяли ме~. тодол циклограмм, .

Для анализа продукты радиолйзэ и. плазмолиза- переводи- . дись з (Швцй8яью1в;'д«йм4|1й'а .ввазшвироваляоь

хрогт'ойрафичебкй tm 'Тазохрш^ЗЮГ";. \ *

Спектрй 3IIP fi* и обрд&огенных элвкгри^

ческия разрядом. вбрззцй репетировали на ра-

диоблегароаёвре РЭ-1506 п^одя. а ■

интервале температур 77 + 523 К. ■ :: ' .•';..;■ '

Третья глаза щм<в0№ йбеяедовавдо процесса дёфектИ )брэзозания в под действием jf* -квангов и •

электрического разряда. ; у.;--'.

. ■■С целью выяснения :ия я гибели не рэвно*есаыг носитглей зарадовбыло исследо-зно воздействие, электрического разряда й -квэнгэ ад ■'при рарйчяых.условйкх'возд^Згзия..,-

- п -

азиду того, 410 з.дбдаоти =¿,059 СТО не .обиару-« ;; адваегон, определить ае предогзвляе^ся водмбкным. >' • ' Неиденгифицированные линии ло-зидиыому, отйосятся н парэмаг-? нитным центрам, локализованным вблизи изотопа В/•: ияи же овязаны в де^кгдмй другого гипа, "."!■•''

По величине сдвига -фактора от величины ^ -$ак- : гора свободного электрона 0025 моанд адевги.|>ициро-

вауь природу парама^нцйоЦ цей®рз» '-...'-• Узкую симметричную е : =2,0023- ¿;- ..ч

легковасыщээдуюся линию по СВЧмощносгп ЭНР. моачй отнести: , к локализованным электронзмС/''^-центрам), Образование и - отабидазация вродоадд» г где Щ-»взканг:

сии анионов ( ->йз.1 ■*-.'?.■'' ; " 'V

Среднее значение ^е -'

и сразнание значений магнитных параметров этихлиний »".;

^ ) о аналогичными зваченияаи для других оксидных ; ^ систем показывает, что'эти линии относятся к дырочными центрам.-' - " ']■ ■ .'•-'■• — >л. >-.'•'

- ■ Наличие СТО. я анизотропия -фактора спектроз ЭПР .. дырочных центров, образующихся под действием ^"-квантов и электрического разряда, д-аег возможность установить их • структуру и место локализаций. В случае трехвалентных катионов (д^У »• которые по сравнений с четырехвалентный Х-Х кремнием ££>формально заряжены отрицательно, образу--ются дырочнмс центры;"мротиковой сгр^кгуры'Ч'риЬ.Хб)*

Полученные результаты показывают, что стехиометрия "ц между электронными и дырочными центрами при-воздействии,'; ^ -квантов и электрического разряда .з /б^О^ соблюдается. Это свяаано с тем, «тб пра' поваа'зчй^райл

Природа Локализованных неравновесных нооаделей зарядов в Зг О^в^О^ под действием ^"-квантов и электрического разряда идентична, и они отличаются лишь местом локализации. б помощью электрического разряда рассчитаны по-розовые значения энергии для процесса ионизация (образование электрснно-дырочных пар) в £еО^^^Оя, » которые соответствуют ,

Количественное несоответствие между энергетическим выходом неравновесных носителей зарядов и выходом водорода ' требует определения истинной доли неравновесных носителей зарядов в оиликагелвк

Для того* чтобы определить истинную долю электронных парамагнитных центров был адсорбирован кислород /на поверх* яость силикагеля.. При згой обнаружено, что адсорбция 1риводиг к увеличению сигнале от электронных парамагнитна [ентров* Последнее обусловлено тем, что при облучении или юработке разрядом в борбсиликате наряду с регистрируемыми ;ентрэмй при Данных .условиях образуются нерегистрируемые арамагнитные центры, аналогичные, с,исходными наблюдаемыми ентрэми, что может происходить двумя путями: ■

) Адсорбция О2 изменяет время спйн-решеточной релаксации й части спектра, которая до адсорбции 02 не наблюдайся и после адсорбции 02 становится наблюдаемой,

Определение истинного поверхностного количества пай-' гнитных дефектов в оксидах возможно и под действием зктрического разряда» Следует отметить,' что водород при З.КЫХ температурах .сразу уничтожает дырочные центра. Для

t

.'h

■» . ». « » '

о (С § , *

£

«

3"

I5®

ra g.

«

it g ^

v.* -ад

. «

О S

. » . К-

о <ч

». > &¡ <ч о • <0 , О, , " <В « » . к. 03 (О - ■ ,о\

« - .¡я ; m

к К ; .■•

О« ' .О ■ Я- . <0 ■ -2.

О. Pi '

l-tf s

•Hw "»Ц^ ' M* - Ï-» л.

9» -Я

.да-/

§ <4

•p«

to ы а <о

•в á»

«

-s ■w p.

a> to

to ' я о

S

S &

"X

os

•ÉF-g

S О

ft «

то

ST t

•К 8-

m

'3 . p «s.

о

03

st »

■ О. «3

о в 31

¡«i

sa •

ВС § <u , о.

ô

- »

se «

X

a-

'g'

»

et

'M

Ö <B

Еч ■

to as-

iö

'.О''

.at. «

а «

к. ía • o.- so . m to .о

■ w • &

tt¡ -■ s

О, 'Ю

В -- & - со о о< • о

«з ■ (0

и - ■

..Г-i

о/ р-в> s ir - Ч «я . "ев •

о, я «

«■• s "

• <ß Ca," « ВД

(О

•-1

' щ-

та »

•3Í-

о.; m'

M'*. 'g

« ,,

. о a»; ■<

• s ■ -

• m о -

KS ' 'is. ...

■ Я> . Я-*"' '

S ..'a- „-

О HJ. -,

»

(P

Ä. я

frl • КЗ

а «

•о M о а • - о о. с;

о «■

<0

- S .

' t-t Ï4 *

-JO ' ' ■ П

- as .. .

. S я et as

К 09 I K

Hç* и

■ о

: «

...Ol

M

.' s

■s»

a

«с и

К."

Я

о. о

ж

■ М-

о.

' да О

m ■ .14 о

. . JS ■>»

в, . m о S S °

■О frï ■ ф

ч -я .ш о о, со о о ' а» я ••• et

Н+ Н Ил/ • Если нагревагь образец до 300 К» то радикалы Н и ОН погйбаюг по каналза: ,

Н+ОН ОУ+ ОН МлОл/

Как было огиечено в 11! Главе иод деИсгвиек элекгрича-о кого разряда неравновесные носители зарядов в основном локализируются на поверхности и в приповерхностном слое образг ца, и следовательно, должна шдегь меаго эффективная передача энергии ог твердого гзла к здсорбировашшм колекуяэк. Эхо позволило разработать два способа получения молекулар-'' ного водород« в оис«емах в •.' :

• 6& - + в среде электрического разряда при 500 X,

Установ^-лю, что в случае скороСЕЬ ,

получения .молекулярного водорода увеличивается, по сравнению о

приблизительно в 2 раза, а по сравнению с гомогенным разлокениеы молекул воды - на порядок (^10). ;' : .;_ . ; •

Для сравнения приводу данные скоросги получения молекулярного водорода при одинаковых условиях Р»20 !Горр., ;

4С = 8 кЗ и рзссгоннии меад элекгродамк &=4 т, V I. Гоьогенное разложение молекул воды: • \

3. ^¿е-в, = 4»9'10^ молекул.г"1-с-1

Следует отметить, что увеличение скорости"получения уолекулярного водорода в сисгеяе +£^//¿6 до '¿равнению £$¿6. связано с гея, ^го.-ж'бгл^чйа

ру»е»о, ¿задание в ши<шгеяя ШЩв борз

йг^э/ благоприятствует увеличенийэнергетй- " . чеокого выхода неравновесных носителей зарядов» Разработана методика регистрации истинного Шич^омз неравновесных йооителей аа^й ¿ороейлйкагз, предварительно обработанных ^ -кванта и электрический разрядом,

4, ?азр8б<йан способ ойределейия йоглощеинои боросилйка-том энергии тлеющего разряда! Показано, что помещен*

»ый в светящеюся область тлеюв;его разряда образец подвергает®* деМв?вию Рдиа^йн' Гр) й

$1 в этйх уйловщх может быть Ибаоль-»

зовзн кэк дозиметр дйя Определения поглощенной поверхностью об^з^э ДОзЫ йайучёййя,. . . • г-

5. Установлено, чтй при на поверхности адсорбирОвзйнык; йолекуй ййда, взайМОдейсс--вия между неравновесными йййигелями айрйдов й уровня-мгё аддорбировайных».'Оаёйуй*; йриводиг к дйообцца-циа молекул на Н й ОЙ' радиолы» а ¿конечном давгв к образованию иолеад^йис

соб преоЙразоваййя Мергйи. .эдекзгрйёбкогй рйзрда « виде анергии

'>. Установлено, что а поликриоталличеоком образце пере* нос энергии, пойяощеаной оксидом;, лроирходиг ^дерв^ой-вом как неравновесных носителей зарядов ( электронно-дырочных) , £»8 а ^бзбуаданаых йоотэяйий (ёкеи^нов). •

- "

б» Гаозвов АЛ..' й.А.. ^шера^Цф,., Медяке в С,Г,,

Панахов К вопросу здэймодейсгвия адсорбироаан-

йых ифшда е »ерзвиоваснда» носителями зарядов иа по-* вер&нде£и увердйяо ?е#э*//]?8онубад<анакая научная нан-ф#рввявд «Штэ^ЗЗ".' -* Зaнyi 1993. - 4.1. С.>5.

. ?» Гаозто,&.ЩТ. У<,М,, Гезалов У.Г,. Изаахов Я,?.

■рпо^рб": получения, водадод^; Подюриейьадрешение на

а^ шпщ/щтщ) бт, м.кл,о р! »л»?'

ацяа,

8. Гасанов А,М. „ , Шишков у.Г., Пзнахов И.Т.,';

ДиаФа.Р0а ^Д. Способ «оЛечения водорода, Полояияельвое ; решение' ■ 5015394/26/057345 00®, М.Кл, € 01 В 3/26,-'

Э. Гасанов А Л., Нанзхов Н.Т.. Медиков С.Г. Способ определения поглощенной энергии^ Пз®ей1 Ш 1624004 ох 12.II»92' , . : ' ■

10„Гасанов ¿-.М., Искендер-ааде З.А», Паиахов Н*Т.. М.уоа'зв З.С. Кинемка и механизм радиационных и элеотроразрядо^х процессов на ,У/Учевые

записки АзЗУ. ~ Щ 4?-> 5/176*131, ;

X Y Л A С в.

* . ПэнаЬое иатиг l&frnp огду , . 8Юг/БгО:1-дв радйаси^а в© едеетрШ бой&масы. . , дефектлчриндаГ тво'иатй -вэ. jap^è! Mexœi«tçM|{ ■ ■

Млелтрик боШадмаоыннн -вэ 7чи7аларквдн;;%й'бяри ияэ реактор матеррош. олед боросиликат мйддэсдадё* 'эмэлэ кэдэн-'6э локаллатан ге л'ри-тара&яч лук- даю.}н«трцнын «кйдат Му9,иэ?шоидирилмишдир. ЁПР "спектриндо мушаЬидя ояуиаи инче гурулуша эеасэн боросиликат маддэсшшн етруктуру-уш дешик морказлэринйн локаллашма .¡ори му,уэнч-яошдирилмшдир, .

Боросйликят- маднэсшнш сл'руктурдада локаллашмыа ге л'ри-таразлы JYK яш!Лытаартшн енеркетж параме'ррлэрини тэ'л'ин етмэк учун -онларии гаютикяен »¿ртшлмншдеф".

Боросядйкз? «.тлзоинэ оксихеп адсо'рбеила етмеклэ локаллашмыш rejp/г-тарпзлн ¿ук дзда^ытяармшн йочми углгдары .MyejjQH едшштшдир.

Бл'.'ктрик 'хзшшшасышр пч 7 вуолярынкн' та'сярй йле вмэля Кй^шл л'укдэрин боросйликят маддэсинин структурунда локаллашма jepn MyejjsH-л&шдарилмин вэ су бут едилжвдир ни, hop шш лалда ояларыв тэбк ''ги • ' и,!тмр. Лакин экэр «ириячи Ьолда хшршвтнлт мзркэзлэрин докаллаШг-масн сзтй ве cafhjanH ла&трда мулаЬидэ олунурса» икишш 'тлда мэрквклер !гэм сьтЬдв-, hew де 6»'PYH Ьет болу докаллашыр. '

Елвктрик бошалмаеынын тэ'еири илё субут едоашшдир кй, боросиликат маддаоинин с-трукчгуругща електрон-дешик мутунун japamiacH учуй s-=2 ,те енерта лазывдйр. ,

Аловсуз бошаямасышг ' квмэ^и илэ плазма решйору шзраитйяэ Jaxm haj! учун бсроешдаат. маддэсйвш уддуру енерт MysjjaH едалмшдир.

MyejjeH олунмушдур Ш,<$о£сю»яйкат .медаё'еийий 'еа'ййощв адсорбсту'э.. олунмуш су молекулу оларса '(SiOz/Bsp3+ адо,йг'0) 7-и"эдарывдй ' л'ахуд. електрйк.'бошалмасшад ¡ге'ёври ^¿^éMti-ÎcaàaH^.ÎB^rièpâs^M' jyi^amjHmeai« илэ су мо^кулларн араейнда Гар|шыгод те'сир лараныр .ки, бу да . луклэруй es ейержилёркай су медеВДларша : ■яурйгёсвйэ вэ сон 'ÔH ^дЗ»йсаЯлйрша ; ; , У

та'рчаланмасына кйтириб дахарырг. ;■- ;

> ш2 /Б2<Зя+аде-Hz0системина ёлектрик ' CHfSï. ¡ùiè. -ейерш--;

шшы^ычыеы рлан Ьидрокен>зд Д ' , ©далии^ф,,' ^ •

"РЭСДЙГ олунмушдур. m, . 'бэрк. Йрймдён'; JÊII ОД^ЙМУЙ • •

оМ^лктщ :йнерщси алектроЙ-дёшШс-Б^ .ЙЬичой ^утлэрй; |ёситэси, ого '"YPV'WP-' . "1 'г ":■' " ' ' 1 • •

Подписано к печати 2!. 01. 1994 г~ """" _______________ Заказ 57. Тираж 100, Бесплатно. "

Тип. АГПУ им. Н. Туей. Баку, ул. УГ Гаджибе^^^ТзГ