Сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в медно-никелевых фольгах при ионной имплантации

Новоселов, Андрей Андреевич

Сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в медно-никелевых фольгах при ионной имплантации тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Новоселов, Андрей Андреевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Ижевск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в медно-никелевых фольгах при ионной имплантации»

Автореферат диссертации на тему "Сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в медно-никелевых фольгах при ионной имплантации"

На правах рукописи

Новоселов Андрей Андреевич

Сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в медпо никелевых фольгах при ионной имплантации

01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ижевск 2011

1 2 МАЙ 2011

4845948

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

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Баянкин Владимир Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор физ.-мат. наук, профессор Вахрушев Александр Васильевич;

доктор физ.-мат. наук, лауреат Государственной премии СССР Баязитов Рустэм Махмудович.

Ведущая организация:

Научно-исследовательский физико-технический институт Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского

Защита диссертации состоится «Л?» _2011 г. ъТУЗо ч. на

заседании диссертационного совета Д 004.025.01 при Физико-техническом институте УрО РАН (426000, г. Ижевск, ул. Кирова, 132)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физико-технического института УрО РАН. х " " ' ■

А/ V " V . • '

Автореферат разослан «<?#> яЛ^лЗ 2011

Ученый секретарь Диссертационного совета Д 004.025.01 при ФТИ УрО РАН, X

доктор физико-математических наук

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В ряде работ, посвященных вопросам ионной имплантации твердых тел, было обнаружено, что при некоторых условиях глубина проникновения имплантируемых ионов значительно превышает проективные пробеги ионов, изменения атомной и фазовой структуры в некоторых случаях также распространяются на глубины, существенно превышающие расчетные. Этот эффект получил название «эффекта дальнодействия».

Большое количество работ посвящено исследованию эффекта дальнодействия в металлических системах, находящихся в термодинамическом и структурном равновесии. Проводились также исследования эффекта дальнодействия в материалах, находящихся в неравновесном состоянии. В работах Д.И. Тетельбаума представлены результаты исследований влияния малодозного ионного облучения на микротвердость фолы пермаллоя-79, показано, что облучение фольги приводит к изменению микротвердости образцов не только с облучаемой стороны, но и с обратной. Более того, обнаружено изменение микротвердости фольг, облучавшихся в стопке, и, соответственно, экранированных от облучения в рамках классической теории проникновения ионов в твердые тела. В работах В.Я. Баянкина, Д.И. Тетельбаума и М.И. Гусевой при облучении металлических фольг пермаллоя-79 ионами бора выявлена аномальная миграция атомов имплантируемого бора до обратной стороны фольги, а также сегрегация бора вблизи обеих поверхностей. Изменение значений микротвердости, как структурно-чувствительного параметра, может свидетельствовать о протекании структурно-фазовых превращений в объеме и в приповерхностных слоях фольг. В целом, имеются обширные результаты по дальнодействующему влиянию ионной имплантации на механические свойства, миграцию имплантанта, полученные на мишенях, исходно находящихся в равновесном состоянии, а также изменение структуры при ионной имплантации неравновесных материалов. Однако в литературе практически не освещен вопрос диффузионных процессов в системах, находящихся в исходно неравновесном состоянии, при ионном облучении. Кроме того, недостаточно исследовано изменение состояния неравновесности в условиях внешнего воздействия: В работах А.Н. Диденко, Ю.П. Шаркеева и др. показано, что в случае изначально высокой плотности дислокаций в мишени изменение

дефектной структуры при ионной имплантации может характеризоваться сохранением типа дислокационной структуры с сохранением величины плотности дислокаций. При этом использование разрушающих методов исследования структуры может не выявить изменений в зависимости дефектной структуры от глубины после облучения.

Известно, что изменение дефектной структуры в процессе ионной имплантации может вызывать изменения химического потенциала компонентов системы, стимулирующие перераспределение компонентов системы и поверхностную сегрегацию. В связи с этим для исследования эффекта дальнодействия при ионной имплантации неравновесных систем представляется актуальным исследовать изменение химического состава в результате облучения.

Цель и задачи исследования

Целью работы является исследование влияния ионной имплантации на сегрегационные процессы в поверхностных слоях и физико-механические свойства поверхностных слоев прокатанной фольги сплавов Си-№.

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Изучение особенностей формирования состава поверхностных

слоев фольги сплава Си-№ при ионной имплантации в зависимости от параметров облучения и типа ионов (В+, Аг+);

2. Исследование влияния параметров ионной имплантации на

микротвердость и межатомное расстояние облученной фольги сплава Си-№;

3. Интерпретация полученных экспериментальных результатов

для объяснения процессов, определяющих формирование состава поверхностных слоев и структурных изменений поверхностных слоев фольги сплава Си-№, в рамках имеющихся теоретических моделей эффекта дальнодействия. Исследования проводились методами рентгено-фотоэлектронной и Оже-электронной спектроскопии, вторично-ионной масс-спектрометрии, измерения микротвердости, рентгено-структурного анализа.

Научная новизна работы

1. Впервые обнаружено сегрегационное проявление эффекта дальнодействия в исходно сильнодеформированных фольгах сплава Сивого, заключающееся в проникновении имплантируемых ионов на глубину до 40 мкм.

2. Впервые обнаружено сегрегационное проявление эффекта дальнодействия при ионной имплантации в исходно сильнодеформированных фольгах сплава Си5о№5о с напыленным слоем алюминия, выражающееся в изменении профиля концентраций № и Си с необлученной стороны фольги.

3. Впервые выявлено немонотонное распределение компонентов в поверхностных слоях прокатанной медно-никелевой фольги как на облучаемой стороне, так и на стороне, обратной облучению.

4. Впервые выявлена немонотонная зависимость микротвердости исходно сильнодеформированного сплава Сиго^о с напыленным слоем алюминия от энергии ионов и интегральной дозы при имплантации ионов Аг+.

Научная и практическая значимость работы

Работа посвящена актуальному фундаментальному вопросу физики процессов, протекающих при имплантации ионов в твердые тела. Основная значимость работы заключается в исследовании реакции исходно неравновесного состояния матрицы на ионное облучение, заключающееся в протекании релаксационных процессов при внешних энергетических воздействиях.

Практическая ценность работы заключается в возможности применения результатов исследований для решения проблем влияния энергетического воздействия на материал и формирования слоистой структуры поверхностных слоев.

Достоверность

Достоверность полученных результатов, основных положений и выводов диссертации обеспечена использованием ряда апробированных экспериментальных методов, результаты которых хорошо согласуются друг с другом, а также не противоречат общепринятым положениям физики прочности и пластичности, физики взаимодействия ионов с металлами.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Эффект дальнодействия ионного облучения медно-никелевых фольг, находящихся в неравновесном состоянии, реализуется в проникновении имплантируемых атомов на необлучаемую сторону фольги.

2. Формирование немонотонного концентрационного профиля как на облучаемой, так и на необлучаемой сторонах прокатанных медно-никелевых фольг обусловлено перераспределением основных компонентов сплава в поверхностных слоях, протекающем при облучении ионами В+ и Аг+.

3. Сегрегационные процессы при ионной имплантации определяются исходной дефектной структурой облучаемого материала.

4. Исследуемые механические свойства материала как с облучаемой, так и с обратной облучению стороны немонотонно зависят от параметров облучения.

Апробация работы и публикации

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих Международных, Российских, региональных конференциях и семинарах: VIII Международная конференция «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий», Обнинск, 2005; Школа-семинар КоМУ-2005 «Нанотехнологии и наноматериалы», Ижевск, 2005; У1-ая конференция Молодых Ученых КоМУ-2006, Ижевск, 2006; 1-ая Всероссийская конференция «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Н. Новгород, 2006; Седьмой Международный Уральский Семинар «Радиационная физика металлов и сплавов», Снежинск, 2007; IX международный семинар «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий», Обнинск, 2007; V Международная школа-конференция «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тамбов, 2007; XV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008», Москва, 2008; II Всероссийская конференция «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Казань, 2008; Восьмой Международный Уральский Семинар «Радиационная физика металлов и сплавов», Снежинск, 2009; III Всероссийская конференция

«Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Н.Новгород, 2010.

Основное содержание диссертации изложено в 11-й тезисах докладов и в 3-х статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК.

Работа выполнена в лаборатории электронной структуры поверхности отдела физики и химии поверхности Физико-технического института УрО РАН, в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме: «Исследование влияния внешних воздействий на изменения электронной, атомной структуры, поверхностных сегрегаций систем на основе с!- и ^металлов» (№ гос. регистрации 0120.0 603318) и проектов РФФИ «Исследование сегрегационных процессов в поверхностных слоях металлических систем при ионной имплантации» (№ 02-02-16670), РФФИ-Урал «Формирование наноразмерных слоев в сплавах на основе 3(1-металлов при деформационном, ионном и лазерном облучении» (№10-02-96039-р_урал_а).

Личный вклад автора

Диссертация является самостоятельной работой, обобщившей результаты, полученные лично автором, а также полученные в соавторстве. Автор диссертации принимал личное участие в экспериментах по вторично-ионной масс-спектрометрии, измерению микротвердости, рентгено-фотоэлектронных и Оже-электронных исследованиях. Автором был проведен качественный и количественный анализы результатов исследований состава и структуры поверхностных слоев облучаемых фольг. В работе использовались результаты, полученные Г.Н. Коныгиным (рентгеновская дифракция). Общая и конкретные задачи экспериментальных исследований по диссертационной работе сформулированы совместно с научным руководителем В.Я. Баянкиным. Обсуждение и интерпретация экспериментальных результатов проводилась совместно с научным руководителем и соавторами публикаций. Основные положения и выводы диссертационной работы сформулированы автором.

Содержание работы Во введении приводится обоснование выбора темы диссертационной работы и ее актуальность. Сформулированы цель работы, основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость. ,

Первая глава является обзором литературных данных, посвященных исследованию воздействия ионной имплантации на свойства полупроводниковых и металлических материалов, эффекта дальнодействия при ионной имплантации, пространственного расслоения материалов. Обсуждаются механизмы эффекта дальнодействия и пространственного расслоения. На основе анализа литературных данных показано, что единой теории, объясняющей эффекты дальнодействия в настоящее время, не существует. Многообразие проявлений дальнодействия при ионной имплантации может свидетельствовать о том, что существует несколько различных механизмов дальнодействия.

Отмечено, что сегрегационные процессы, вызванные эффектом дальнодействия в глубоких слоях материалов, находящихся в неравновесном состоянии, изучены мало. Литература, посвященная исследованию изменений химического состава неравновесных материалов при ионной имплантации, ограничивается рассмотрением приповерхностных областей глубиной порядка нескольких десятков нанометров.

Описаны особенности формирования состава поверхностных слоев в сплавах системы Сих№|_х. Показано, что, несмотря на высокое содержание никеля в объеме сплава, поверхностный слой при умеренных температурах обогащается медью, при этом степень обогащения зависит от средней концентрации компонентов.

Во второй главе описываются методы исследования, которые применялись в рамках данной работы: метод измерения микротвердости, рентгено-фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), Оже-электронной спектроскопии (ОЭС), рентгено-структурного анализа (РСА). Излагаются физические основы методов, возможности методов и их реализация в данной работе. Описана методика приготовления образцов.

Образцы представляли собой прокатанные фольги сплавов СивоМЦо, Си8о№2о и Си5о№5о толщиной 40 мкм. Фольги Си^ио облучались ионами В+ (из ВР3) или Аг+, а фольги Си8о№2о - только ионами В+ (из ВР3) - в установке ИЛУ-1 (РНЦ «Курчатовский институт») - с дозой, равной 1x1017 ион/см2, энергией - 40 кэВ и плотностью ионного тока - (10-^50) мкА/см2. Повышение температуры образцов при облучении не превышало 200"С, вакуум в камере ускорителя составлял не менее 10"3 Па. Для части образцов сторона, прилегающая к фланцу, покрывалась химически стойким лаком,

который заполнял зазор между фольгой и фланцем. Это было сделано для того, чтобы исключить предположение о возможном попадании бора или его соединений на обратную сторону фольги из остаточной атмосферы в камере.

Отдельная серия фольг Сизого облучалась ионами Аг+ на установке типа ИЛУ-2 (НИФТИ ННГУ), энергия ионов 100 кэВ, интегральная доза 1,5x1016 ион/см2, плотность тока 6 и 14 мкА/см2), при этом часть фольг из этой серии до облучения отжигалась при 600° С в течение 30 мин.

На фольги Си5о№5о напылялся алюминий до расчетной толщины слоя порядка 80-100 нм (УдГУ). Напыление проводилось резистивным методом в вакууме порядка 10"6 торр. Со стороны напыленнного слоя фольги облучались ионами Аг+, плотность тока составляла 10 мкА, в первой серии образцов варьировалась интегральная доза: 5х1016, 7,5х1016, 1х1017, 1,25х1017 ион/см2, при этом энергия ионов составляла 40 кэВ; во второй серии образцов варьировалась энергия ионов от 20 до 50 кэВ с шагом 10 кэВ при интегральной дозе облучения 5х1016 ион/см2.

Распределение элементов в поверхностных слоях с обеих сторон фольг определялись методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС, спектрометр ЭС-2401 с М§Ка-возбуждением). Погрешности определения концентраций методом РФЭС основных компонентов не превышали ±5 % от полученных значений, атомов бора ±10%. При регистрации профилей распределения компонентов системы производилось распыление поверхности образцов ионами Аг+. При анализе методом РФЭС энергия ионов составляла 0,9 кэВ, плотность ионного тока 10 мкА/см2, расчетная скорость распыления при этом режиме - 1 нм/мин.

Исследования элементного состава сверхтонких поверхностных слоев выполнены методом Оже-электронной спектроскопии на спектрометре ММР-Юэ [1]. При этом относительная ошибка расчета концентраций компонентов не превышала ±4% [2].

Послойный анализ фольги сплава Си5о№50 проведен с использованием травления поверхности ионами Аг+, скорость травления при исследовании облученной стороны составляла -10 нм/мин, необлученной ~3 нм/мин.

Измерения микротвердости образцов Си-№ проводились с помощью микротвердомера ПМТ-ЗМ с нагрузкой на индентор 10 г, погрешность измерений не превышала 10% от измеряемой величины.

Третья глава содержит результаты исследований влияния ионной имплантации на сегрегационные процессы и структурные характеристики фольги сплава Си-Ж

Обнаружены сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в поверхностных слоях прокатанной фольги сплавов Си-№, заключающиеся в аномальной миграции имплантируемых атомов бора на необлучаемую сторону фольги толщиной 40 мкм, а также перераспределении компонентов сплава и формировании немонотонного профиля концентраций № и Си с необлученной стороны. Зависимость средней концентрации бора в приповерхностном слое толщиной 20 нм с необлученной стороны фольги от плотности ионного тока имеет пороговый характер. При превышении плотности тока 40 мкА/см2 в фольге сплава Си60№40 и 20 мкА/см2 в фольге сплава СщоЭДго происходит резкое увеличение концентрации бора. Условия эксперимента исключали возможность переноса бора на необлучаемую сторону фольги любым способом, кроме его проникновения сквозь фольгу; толщина фольги составляла 40 мкм, что существенно больше глубины проникновения имплантируемых ионов при выбранных параметрах облучения (Пр=47,2 нм, МР=2Ъ,2 нм [3]).

3.5

п &

р-

х 2

3 -2.5 2 1.5 1

0.5 0

2 5

3.5 3

2.5 ■ 2 1.5 1

0.5 0

10 20 30 40 50 60 Плотность тока, мкА/см2

Рис. 1. Средняя концентрация бора в слое толщиной 20 нм с необлученной стороны фолъг Си60Ы140 (слева) и СизаЫ12о (справа).

При облучении образцов фольги сплава Си6о№4о ионами аргона с энергией 40 кэВ до дозы 1017 ион/см2 выявлено, что значение плотности ионного тока 30 мкА/см2 является пороговым и характеризуется формированием колебаний концентрации меди и никеля по глубине с необлученной стороны фольги.

I 1 1

lili

О 5 10 15 20 Время травления, мин

0 5 10 15 20 25 Время травления, мин

Рис. 2. Распределение отношения концентраций Ni/Cu по глубине фольги Cu60Ni40 с обратной стороны после облучения ионами аргона (слева), бора (справа) с плотностью тока 30 мкА/см2, расчетная скорость травления 1 нм/мин.

Обнаружена корреляция между зависимостью микротвердости и межатомного расстояния от плотности ионного тока в прокатанных фольгах сплава CU60NÍ40, облученных ионами аргона. При облучении микротвердость увеличилась при всех плотностях тока, за исключением случая имплантации при 50 мкА/см2. Максимальное увеличение микротвердости составило примерно 33% для прямой стороны при плотности ионного тока 30—40 мкА/см2 и 23% при плотности ионного тока 40 мкА/см2 для обратной. При плотности тока 50 мкА/см2 значения микротвердости с обеих сторон фольги близки друг к другу и примерно на 17% ниже значения микротвердости необлученной фольги. Значения микротвердости для всех плотностей ионного тока больше, чем для отожженного сплава. Максимальная глубина отпечатка 7 мкм.

0 10 20 30 40 50 Плотность тока, мкА/см2

О 10 20 30 40 50 Плотность тока, мкА/см2

Рис. 3. Влияние плотности тока ионов аргона (слева), бора (справа) на микротвердость фольги СимЫг^

При исследовании образцов методом РСА найдено, что межатомные расстояния облученных образцов отличаются от исходных довольно незначительно, за исключением случая имплантации ионов Аг+ с плотностью ионного тока 50 мкА/см2, когда межатомное расстояние увеличилось на 0.0007-0.0015 А. Таким образом, уменьшение микротвердости в результате имплантации сопровождается изменением атомной структуры мишени, тогда как увеличение микротвердости не связано с существенным изменением атомной структуры. Соответственно, можно сделать вывод, что увеличение микротвердости поверхностных слоев связано с интенсивным образованием радиационных дефектов и скольжением дислокаций при облучении. Уменьшение микротвердости вызвано радиационными повреждениями материала при ионной имплантации, проявляющимися в изменении атомной структуры.

3.6375 л

3.6365

3.6355 -

3.6345

3.6335

3.6325

I { П

после отжига

О 10 20 30 40 50 Плотность тока, мкА/см2

3.6375

щ 3.6365

| 3.6355 й

3.6345

после отжига

0 10 20 30 40 50 Плотность тока, мкА/см2

Рис. 4. Влияние плотности тока ионов аргона (слева) и бора (справа) на межатомное расстояние фольги Си60Ы140.

Исследовано влияние на сегрегационные проявления эффекта дальнодействия тонкой металлической пленки, нанесенной на поверхность фольги. Обнаружены сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в прокатанной фольге сплава Си^ЭДи с напыленным слоем алюминия, выражающиеся в формировании немонотонного профиля концентраций № и Си с необлученной стороны. Отклонения концентрации никеля и меди от объемных значений наблюдаются на расстоянии, не превышающем 50 нм от обратной стороны фольги. При этом наиболее значительные отклонения наблюдаются в случае имплантации ионов аргона с дозой не более 7,5x1016 ион/см2 и энергией не менее 40 кэВ. В прокатанной фольге сплава Си5о№5о с напыленным слоем алюминия, облученной ионами аргона, обнаружена немонотонная зависимость концентрации алюминия в приповерхностных слоях от энергии ионов и дозы облучения.

Увеличение энергии имплантируемых ионов с 20 до 40 кэВ приводит к частичному распылению алюминиевой пленки и уменьшению количества алюминия на поверхности. По мере увеличения энергии ионов также имеет место усиление процесса баллистического перемешивания, вследствие которого происходит незначительное увеличение концентрации атомов алюминия при энергии ионов 50 кэВ.

5Е+16 ион/см2, 40 кэВ

0.6 íg

0.3 о

5 10 15 20 25 30 Время травления, мин

1.2

З4 0.9

0.6

0.3

7.5Е+16 ион/с м2, 40 кэВ

> ■ i I i i " i ■ > ■ ■ I.....i

5 10 15 20 25 30 35 Время травления, мин

1Е+17ион/см2,40 кэВ

1.25Е+17 ион/см2,40 кэВ

1.2

З4 0.9

Z 0.6

0.3

■'■••■.......... i

1.2

g0.9

t 0.6 . . О

0.3

5 10 15 20 25 30 35 Время травления, мин

Рис. 5. Дозовая зависимость профилей отношения концентраций Ni/Cu

по глубине с необлученной стороны фольги сплава Cu5oNi¡o с напыленным слоем алюминия, расчетная скорость травления 3 нм/мин.

Превышение дозы 5x1016 ион/см2 приводит к резкому росту интенсивности процесса распыления поверхности фольги при ионной имплантации.

Параллельное протекание эффектов генерации упругих волн и изменения локальных механических напряжений объясняет аномально глубокое воздействие ионной имплантации на химический состав фольги сплавов Cu-Ni:

Ионная имплантация вызывает генерацию тепловых пиков в приповерхностном слое. Как следствие, формируется большое количество радиационных дефектов и возникают упругие волны, на

фронте которых начинается распространение дефектов по объему [4]. Упругие волны взаимодействуют с исходной дислокационной структурой. Под действием упругого напряжения, созданного волной, начинается движение дислокации [5, 6]. Так как образцы сплава прокатаны, их структура является исходно сильно неравновесной, напряженной и обладающей высокой плотностью дефектов. Вследствие упругого взаимодействия движущейся дислокации со стационарными линейными и точечными дефектами происходит замедление и остановка дислокации до того, как исчезнут силы, вызвавшие её движение. Соответственно, образовавшая локальная система стационарных линейных дефектов, не имея возможности двигаться и продолжающая находиться под воздействием упругих волн, для достижения локального стационарного состояния переходит в режим генерации вторичных упругих волн. Каждый элементарный акт перестройки дефектов сопровождается возникновением вторичных упругих волн, суперпозиция которых с первичными волнами фактически приводит к формированию авторегулирующейся по амплитуде волны. Даже очень малая подпитка волны делает её незатухающей [7]. Структура, рассматриваемая как открытая термодинамическая система, за счет перестройки примесно-дефектного состава [8] переходит в новое состояние, отвечающее минимуму её свободной энергии при изменившихся внешних условиях.

Возникающие локальные градиенты механических напряжений приводят к тому, что внешнее воздействие передается на более глубоко лежащие дислокации, вследствие чего они, в свою очередь, начинают скользить вглубь образца. В результате частичная релаксация локальных механических напряжений ведет к поддержанию распространения фронта упругих волн и потока радиационных дефектов вглубь образца - вследствие направленности внешнего воздействия.

Взаимодействие потоков точечных дефектов с дислокациями в условиях неравновесной системы приводит к поддержанию процесса распространения возмущений химического состава на глубины, существенно превышающие расчетные в рамках классической теории для равновесного состояния материала [4, 8, 9].

Четвертая глава посвящена исследованию влияния ионной имплантации на формирование профилей состава прокатанной фольги сплава Си-№.

Профили концентрации основных элементов облученных фолы имеют немонотонный характер. Наблюдается обогащение ближайшего к поверхности слоя и слоев, лежащих на глубине в 3-8 нм, никелем. Немонотонность профиля имеет место как с облученной, так и с необлученной стороны фольги.

При облучении образцов фольги сплава ионами аргона с энергией 40 кэВ до дозы 1017 ион/см2 значение плотности ионного тока 30 мкА/см2 является пороговым и характеризуется формированием колебаний концентрации меди и никеля по глубине (рис. 2). При большей плотности тока определяемая им мощность воздействия ионной имплантации на материал оказывается достаточной, чтобы сегрегация атомов меди и никеля, вызываемая различием поверхностной энергии и сродства к кислороду этих элементов, была подавлена радиационно-индуцированной сегрегацией.

При имплантации ионов аргона с различной энергией до различных интегральных доз в образцы прокатанной фольги сплава Си5<№о с напыленным на одну сторону слоем алюминия расчетной толщиной 80-100 нм профили отношения концентраций никеля и меди также имеют немонотонный колебательный характер. Направленность колебаний относительно объемного значения отношения концентраций меняется в зависимости от глубины травления. Происходит расслоение материала по основным компонентам; период колебаний концентрации элементов немонотонно зависит от параметров облучения. Наиболее значительные колебания наблюдаются в случае имплантации ионов аргона с дозой не более 7,5* 1016 ион/см2 и энергией не менее 40 кэВ, при больших дозах и меньших энергиях амплитуда колебаний состава уменьшается/Однако увеличение дозы до 1*1017 ион/см2 и 1,25х 1017 ион/см2 приводит также к увеличению частоты колебаний (рис. 5).

Сравнительный анализ химического состава прокатанных и предварительно отожженных фольг сплава СияоМго, облученных ионами аргона с энергией 100 кэВ, интегральной дозой 1,5x1016 ион/см2, плотностью ионного тока 14 мкА/см2, показал, что амплитуда возмущений концентрационных профилей отожженных фольг приблизительно в 4 раза меньше, чем прокатанных (рис. 6). Измерения межатомного расстояния показали, что отжиг при выбранных параметрах недостаточен для того, чтобы привести фольгу в равновесное состояние. Следовательно, исходная дефектная

структура оказывает определяющее влияние на сегрегационные процессы при ионной имплантации, и наблюдаемые явления связаны с исходно неравновесным состоянием исследуемых фольг.

О Г.........I..............11 ■ I ■ I

О 2 4 6 8 10 12 Время травления, мин (1нм/мин)

Рис. 6. Отношение концентраций Cu/Ni фольги сплава CusoNi^o после имплантации ионов аргона при плотности ионного тока 14 мкА/см2.

Формирование немонотонных затухающих профилей компонентов сплава при ионной имплантации с необлученной стороны фольги можно описать, опираясь на феноменологическую модель квазилинейной диффузии [10, 11]. При ионной имплантации вследствие преимущественного связывания атомов определенных компонентов сплава с потоками дефектов может происходить композиционное расслоение материала [4], которое можно рассматривать как возмущение профиля концентрации компонентов сплава относительно стационарного состояния. Согласно модели квазилинейной диффузии [10, 11], в процессе имплантации данное возмущение смещается вглубь образца. После ухода данного возмущения вглубь на облучаемой поверхности складывается ситуация, благоприятная для повторного формирования подобного возмущения, и процесс повторится. Обратная сторона образца является планарным дефектом, взаимодействуя с которым возмущения состава, распространение которых связано с

трансформацией дефектной структуры [4], застопориваются [12]. Поскольку в области существования возмущения дефектная структура изменена, возникшие локальные механические напряжения вызывают взаимодействие возмущений друг с другом. В результате с обратной стороны образца во время облучения формируется система из нескольких возмущений, причем по мере удаления от обратной стороны ширина возмущений и промежутки между ними [12] увеличиваются, а их амплитуда уменьшается [10, 11].

В заключении формулируются основные результаты и выводы, полученные при выполнении работы.

При облучении прокатанной фольги сплава Си5о№5о с напыленным слоем А1 ионами Аг+, сплавов СщоЖо и С^оЖо ионами В+ и Аг+ наблюдаются сегрегационные проявления эффекта дальнодействия, выражающиеся в проникновении имплантируемых ионов бора на необлученную сторону фольги и перераспределении концентраций основных компонентов мишени с необлучаемой стороны. Зависимость концентрации бора на необлучаемой стороне от плотности ионного тока имеет пороговый характер.

При ионной имплантации прокатанной медно-никелевой фольги Си60№40 и Си80№20 ионами В+ происходит проникновение имплантируемых ионов на необлучаемую сторону фольги, т.е. на расстояние 40 мкм. Концентрация имплантированных атомов В+ на необлученной стороне фольги нелинейно зависит от плотности ионного тока и зависит также от химического состава мишени.

Повышение температуры образцов в процессе ионной имплантации не превышает 200°С и, соответственно, наблюдаемое проникновение внедряемых атомов на обратную сторону фольг нельзя объяснить высокотемпературной диффузией.

При ионной имплантации прокатанной медно-никелевой фольги СибоМед и Си80№20 как с облученной, так и с необлученной стороны, а в фольге сплава Си50№50 с напылением алюминия - с необлученной стороны - формируется немонотонная зависимость химического состава поверхностных слоев по глубине. Микротвердость облученной фольги сплава Си^оМ^ так же немонотонно зависит от плотности ионного тока. Результаты измерения межатомных расстояний частично коррелируют со значениями микротвердости. Микротвердость облученных фольги сплава Си5о№50 с напылением алюминия немонотонно зависит от интегральной дозы и энергии ионов - превышение дозы в 5х1016 ион/см2 приводит к

скачкообразному ускорению стравливания алюминиевой пленки. Соответственно, имеет место недостаточная устойчивость напыленной на медно-никелевую фольгу алюминиевой пленки к облучению ионами аргона с указанными энергиями и флюенсами.

По результатам работы предложено объяснение аномально глубокого воздействия ионной имплантации на химический состав фольги сплавов Си-№, в основе которых лежит предположение о параллельном протекании эффектов генерации упругих волн и изменения локальных механических напряжений.

Выводы

1. Обнаружены сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в поверхностных слоях прокатанной фольги сплавов Си-№, заключающиеся в проникновении имплантируемых атомов бора на необлучаемую сторону фольги толщиной 40 мкм, а также перераспределении компонентов сплава и формировании немонотонного профиля концентраций N1 и Си. Перераспределение компонентов отмечено как на облучаемой стороне, так и на стороне, обратной облучению.

2. Обнаружена корреляция между зависимостью микротвердости и межатомного расстояния от плотности ионного тока в прокатанных фольгах сплава Си60№40, облученных ионами аргона.

3. Сравнительный анализ химического состава прокатанных и предварительно отожженных фольг сплава Си8о№2о показал, что амплитуда возмущений концентрационных профилей отожженных фольг значительно меньше, чем прокатанных, что свидетельствует об определяющем влиянии дефектной структуры на сегрегационные процессы при ионной имплантации.

4. Обнаружены сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в прокатанной фольге сплава Си5о№5о с напыленным слоем алюминия, выражающиеся в формировании немонотонного профиля концентраций № и Си с необлученной стороны.

5. В прокатанной фольге сплава Си5о№5о с напыленным слоем алюминия, облученной ионами аргона, обнаружена немонотонная зависимость концентрации алюминия в приповерхностных слоях от энергии ионов и дозы облучения.

6. Аномально глубокое воздействие ионной имплантации на химический состав фольги сплавов Си-№ можно объяснить исходя из параллельного протекания эффектов генерации упругих волн и изменения дефектной структуры мишени.

Основное содержание диссертации изложено в следующих публикациях: Статьи:

1. A.A. Новоселов, Ф.З. Гильмутдинов, В.Я. Баянкин, Композиционное расслоение в поверхностных слоях фольги Ni-Си при ионной имплантации. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, №6, 2008, с.57-65.

2. A.A. Новоселов, В .Я. Баянкин, Д.В. Сурнин, И.Б. Волкова, Влияние облучения ионами аргона фольг сплава Ni-Cu с напылением слоя алюминия. // Химическая физика и мезоскопия, Т. 10, №1,2008, с.77-82.

3. A.A. Новоселов, A.A. Колотое, В.Я. Баянкин, Исследование влияния ионной имплантации на состав поверхностных слоев и микротвердость прокатанных медно-никелевых фольг с напыленным слоем алюминия. // Химическая физика и мезоскопия, Т.11, №1,2009, с. 106-110.

Тезисы и сборники трудов:

1. A.A. Новоселов, Ф.З. Гильмутдинов, В.Я. Баянкин С.Н.Коршунов, О дальнодействующем влиянии имплантации ионов В+ и Аг+ на формирование состава поверхностных слоев фольги Ni-Cu, VII Межд. Конф. "Стр-ные основы мод-ции мат-лов методами нетрадиционных технологий", 2005, Обнинск, с.70-71.

2. A.A. Новоселов, В.Я. Баянкин, Сегрегация как проявление эффекта дальнодействия при имплантации ионов бора и аргона в фольгу сплава Ni-Cu, Сб. тез. докл. Школы-семинара КоМУ-2005 «Нанотехнологии и наноматериалы», Ижевск, 2005, с. 43.

3. A.A. Новоселов, Ф.З. Гильмутдинов, В.Я. Баянкин, Композиционное расслоение в поверхностных слоях фольги Ni-Cu при ионной имплантации, Тез. докл. 1-ой Всероссийской конф. «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Н.Новгород, 2006, с. 77.

4. A.A. Новоселов, Ф.З. Гильмутдинов, В.Я. Баянкин, Изменение химического состава поверхностных слоев фольги Ni-Cu при ионной имплантации, Тез. докл. Седьмого Международного Уральского Семинара «Радиационная физика металлов и сплавов», Снежинск, 2007, с.133-134.

5. A.A. Новоселов, Ф.З. Гильмутдинов, В.Я. Баянкин, Особенности формирования химического состава поверхностных слоев прокатанных медно-никелевых фолъг при ионной имплантации, Тезисы докладов IX международного семинара «Структ. основы модификации материалов методами нетрадиц. технологий», Обнинск, 2007, с. 103-104.

6. A.A. Новоселов, В.Я. Баянкин, Сегрегационные эффекты и пространственное расслоение при ионной имплантации прокатанных фольг сплава Cu-Ni, Тезисы XV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008», Москва, 2008 (электронный)

7. A.A. Новоселов, В.Я. Баянкин, Сегрегационные эффекты в поверхностных слоях прокатанных медно-никелевых фолъг при ионной имплантации, Сб. тез. докл. II Всероссийской конференции "Физические и физико-химические основы ионной имплантации", Казань, 2008, с. 59.

8. A.A. Новоселов, Ф.З. Гильмутдинов, В.Я. Баянкин, Ионная модификация поверхностных свойств прокатанных медно-никелевых фолъг, Тез. докл. Восьмого международного Уральского Семинара «Радиационная физика металлов и сплавов», Снежинск, 2009, с. 96.

9. A.A. Новоселов, В.Я. Баянкин, Сегрегационные проявления эффекта дальнодействия при ионной имплантации прокатанных медно-никелевых фолъг с напыленным слоем алюминия, Тезисы докладов "Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий", Обнинск, 2009. с.5.

10. A.A. Новоселов, Ф.З. Гильмутдинов, В.Я. Баянкин, Сегрегационные проявления эффекта дальнодействия при ионной имплантации прокатанных медно-никелевых фолъг, Тез. докл. Ш-ей Всероссийской конф. «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Н.Новгород, 2010, с. 77.

11. A.A. Новоселов, Ф.З. Гильмутдинов, В.Я. Баянкин, Особенности формирования химического состава поверхностных слоев прокатанных медно-никелевых фолъг вследствие эффекта дальнодействия при ионной имплантации, Тез. докл. Девятого международного Уральского Семинара «Радиационная физика металлов и сплавов», Снежинск, 2011, с. 82-83.

Цитируемая литература

1. M.B. Захватова, Ф.З. Гильмутдинов, Д.В. Сурнин, Учет фоновой составляющей в рентгеновской фотоэлектронной и Оже-электронной спектроскопии Н Физика металлов и металловедение, 2007. Т. 104, вып. 2, с. 166171.

2. Г.А. Александрова, A.C. Паршин, Количественный анализ в спектроскопии характеристических потерь энергии электронов при термообработке Si (111) // Вестник Сибирской Аэрокосмической Академии, № 2,2001, с. 15-22

3. А.Ф. Буренков, Ф.Ф. Комаров, М.А. Кумахов, М.М. Темкин. Таблицы параметров пространственного распределения ионно-имплантированных примесей. Минск: Изд-тво БГУ им. Ленина, 1980, 537 с.

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

5. П. В. Павлов, Ю. А. Семин, В. Д. Скупов, Д. И. Тетелъбаум, Влияние упругих волн, возникающих при ионной бомбардировке, на структурное совершенство полупроводниковых кристаллов II Физика и техника полупроводников, 1986, 20 - Вып. 3, С. 503

6. Ю. В. Мартыненко, Эффекты дальнодействия при ионной имплантации // Итоги науки и техники. Серия «Пучки заряженных частиц и твердое тело», т.7, С.82-111.

7. В.В. Овчинников, Радиационно-динамические эффекты. Возможности формирования уникальных структурных состояний и свойств конденсированных сред // УФН, №9, т. 178, 2008,стр. 992-1001.

8. C.B. Оболенский, В.Д. Скупов, Эффект дальнодействия при радиационных воздействиях на полупроводниковые структуры с внутренними границами раздела II Поверхность, 2000, № 5, с. 75-79.

9. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Под ред. Р. Бериша. М.: Мир, 1984, Т. 1,336 с.

10. С.Н. Нагорных, К модели Квазилинейной диффузии при ионном облучении твердых тел II Вестник ННГУ, сер. ФТТ, вып. 1(8), 2005, с. 102-106.

11. С.Н. Нагорных, В.И. Павленков, В.Н. Перевезенцев, Роль дефектов в стимулированной электронной эмиссии с

окисленных поверхностей деформированных металлов // Вестник УдГУ, сер. Физика. Химия, вып. 1, 2008, с. 171-188. 12. И.И. Новиков, Дефекты кристаллического строения материалов. М.: Металлургия, 1983,232 с.

Отпечатано с оригинал-макета заказчика

Подписано в печать 18.04.2011. Формат 60x84 '/16. Тираж 100 экз. Заказ № 806.

Типография ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Новоселов, Андрей Андреевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Влияние ионной имплантации на структуру и состояние поверхностных слоев металлических систем.

1.1. Основные закономерности проникновения ионов в матрицу.

1.2. Столкновительные и диффузионные процессы при ионной имплантации.

1.2.1. Атомное перемешивание.

1.2.2. Распыление поверхности твердых тел ионами.

1.3. Диффузионные процессы в твердых телах.

1.3.1. Основные физические свойства, характеризующие сегрегации.

1.3.2. Теории сегрегации.

1.3.3. Неравновесная сегрегация.

1.3.4. Радиационно-индуцированная сегрегация.

1.4. Эффект дальнодействия при ионном облучении.

1.4.1. Экспериментальные результаты.

1.4.2. Теоретические модели эффекта дальнодействия.

1.4.3. Исследование эффекта дальнодействия в неравновесных системах.

1.5. Композиционное расслоение в металлах.

1.6. Физико-химические характеристики сплавов Сих№1.х.

Выводы главы.

ГЛАВА 2. Используемые экспериментальные методы.

2.1. Аттестация образцов.

2.2. Ионная имплантация.

2.3. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС).

2.4. Оже-электронная спектроскопия (ОЭС).

2.5. Измерение микротвердости.

2.6. Рентгеноструктурный анализ (РСА).

Выводы главы.

ГЛАВА 3. Исследование сегрегационных проявлений эффекта дальнодействия.

3.1. Исследование сегрегационных процессов при облучении фольги сплавов CueoNLjo Cu80Ni20 ионами бора и аргона.

3.1.1. Аномальная миграция имплантируемых ионов.

3.1.2. Сегрегационные проявления эффекта дальнодействия.

3.2. Влияние ионной имплантации на микротвердость и атомную структуру образцов сплава C1160NÍ40.

3.2.1. Зависимость микротвердости образцов от плотности ионного тока.

3.2.2. Зависимость межатомного расстояния в сплавах от плотности тока.

3.2.3. Объяснение наблюдаемых зависимостей микротвердости и межатомного расстояния.

3.3. Исследование диффузионных процессов в системе (Ni-Cu)+Al.

3.3.1. Изменение концентрационных профилей элементов системы на облучаемой стороне в зависимости от энергии ионов и дозы облучения

3.3.2. Изменения значений микротвердости образцов в зависимости от энергии ионов и дозы облучения.

3.3.3. Изменение концентрационных профилей элементов системы на необлучаемой стороне в зависимости от энергии ионов и дозы облучения.

3.4. Объяснение наблюдаемых сегрегационных проявлений эффекта дальнодействия.

Выводы главы.

ГЛАВА 4. Исследование влияния ионной имплантации на формирование профилей состава прокатанной фольги сплава никель-медь.

4.1. Расслоение в поверхностных слоях фольги при облучении

4.2. Влияние напыленной пленки алюминия на профили распределения компонентов.

4.3. Зависимость профилей распределения компонентов от состояния фольги

4.3.1. Спинодальное расслоение в бинарных сплавах.

4.3.2. Влияние исходной дефектной структуры на процессы сегрегации.

4.3.3. Самоорганизация структуры при внешнем воздействии.

4.4. Феноменологическая модель расслоения в поверхностных слоях фольги с необлученной стороны.

Выводы главы.

Введение диссертация по физике, на тему "Сегрегационные проявления эффекта дальнодействия в медно-никелевых фольгах при ионной имплантации"

Актуальность темы

В ряде работ по ионной имплантации твердых тел было обнаружено, что при некоторых условиях глубина проникновения имплантируемых ионов значительно превышает проективные пробеги ионов, изменения атомной и фазовой структуры в некоторых случаях также распространяются на глубины, существенно превышающие расчетные. Этот эффект получил название «эффекта дальнодействия».

Большое количество работ посвящено исследованию эффекта дальнодействия в металлических системах, находящихся в термодинамическом и структурном равновесии. А.Н. Диденко, Ю.П. Шаркеев, Э.В. Козлов и А.И. Рябчиков обнаружили развитие дислокационной структуры при ионной имплантации различными видами ионов поликристаллического a-Fe; А.Ю. Бункин, Н.В. Гаврилов и др. выявили образование дефектов кристаллической решетки на аномально больших глубинах при ионной имплантации упорядоченного сплава Cu3Au; В.Н. Быков, Г.Г. Здоровцева и др., исследуя облученные ионами Не и Аг монокристаллы Мо, наблюдали уменьшение периода решетки на расстояниях нескольких десятков микрометров от поверхности. М.И. Гусевой, Г.М. Гордеевой и др. изучалось влияние ионно-плазменной обработки на химический состав и микротвердость мартенситной стали и титанового сплава.

Проводились также исследования эффекта дальнодействия в материалах, находящихся в неравновесном состоянии. В работах Д.И. Тетельбаума показано, что малодозного ионное облучение фольги пермаллоя-79 приводит к изменению микротвердости образцов не только с облучаемой стороны, но и с обратной. Более того, обнаружено изменение микротвердости фольг, облучавшихся в стопке, и, соответственно, экранированных от облучения в рамках классической теории проникновения ионов в твердые тела.

В целом, имеются обширные результаты по дальнодействующему влиянию ионной имплантации на механические свойства, миграцию имплантата, полученные на мишенях, исходно находящихся в равновесном состоянии, а также изменение структуры при ионной имплантации неравновесных материалов. Однако в литературе практически не освещен вопрос диффузионных процессов в системах, находящихся в исходно неравновесном состоянии, при ионном облучении.

Цель и задачи исследования

В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:

1. Изучение особенностей формирования состава поверхностных слоев фольги сплава Си-№ при ионной имплантации в зависимости от параметров облучения и типа ионов (В+, Аг4);

2. Исследование влияния параметров ионной имплантации на микротвердость и межатомное расстояние облученной фольги сплава Си-№;

3. Интерпретация полученных экспериментальных результатов для объяснения процессов, определяющих формирование состава поверхностных слоев и структурных изменений поверхностных слоев фольги сплава Си-№, в рамках имеющихся теоретических моделей эффекта дальнодействия.

Исследования проводились методами рентгено-фотоэлектронной и Оже-электронной спектроскопии, вторично-ионной масс-спектрометрии, измерения микротвердости, рентгено-структурного анализа.

Работа выполнена в лаборатории электронной структуры поверхности отдела физики и химии поверхности Физико-технического института УрО РАН, в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме: «Исследование влияния внешних воздействий на изменения электронной, атомной структуры, поверхностных сегрегаций систем на основе с1- и f-металлов» (№ гос. регистрации 0120.0 603318) и проектов РФФИ «Исследование сегрегационных процессов в поверхностных слоях металлических систем при ионной имплантации» (№ 02-02-16670), РФФИ-Урал «Формирование наноразмерных слоев в сплавах на основе Зё-металлов при деформационном, ионном и лазерном облучении» (№10-02-96039-рурала).

Научная новизна работы

1. Впервые обнаружено сегрегационное проявление эффекта дальнодействия в исходно сильнодеформированных фольгах сплава Си8о№2о, заключающееся в проникновении имплантируемых ионов на глубину до 40 мкм.

2. Впервые обнаружено сегрегационное проявление эффекта дальнодействия при ионной имплантации в исходно сильнодеформированных фольгах сплава Си50№50 с напыленным слоем алюминия, выражающееся в изменении профиля концентраций № и Си с необлученной стороны фольги.

3. Впервые выявлено немонотонное распределение компонентов в поверхностных слоях прокатанной медно-никелевой фольги, как на облучаемой стороне, так и на стороне, обратной облучению.

4. Впервые выявлена немонотонная зависимость микротвердости исходно сильнодеформированного сплава Си5о№5о с напыленным слоем алюминия от энергии ионов и интегральной дозы при имплантации ионов Аг1.

Научная и практическая значимость работы

Основные положения, выносимые на защиту

2. Формирование немонотонного концентрационного профиля как на облучаемой, так и на необлучаемой стороне прокатанных медно-никелевых фольг обусловлено перераспределением основных компонентов сплава в поверхностных слоях, протекающем при облучении ионами В+ и Аг+.

Апробация работы и публикации

Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих Международных, Российских, региональных конференциях и семинарах:

1. УП Международная конференция «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий», Обнинск, 2005.

2. Школа-семинар КоМУ-2005 «Нанотехнологии и наноматериалы», Ижевск, 2005.

3. У1-ая конференция Молодых Ученых КоМУ-2006. Ижевск, 20-24.11.2006.

4. 1-ая Всероссийская конференция «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Н.Новгород, 2006.

5. Седьмой Международный Уральский Семинар «Радиационная физика металлов и сплавов», Снежинск, 2007.

6. IX международный семинар «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий», Обнинск, 2007.

7. V Международная школа-конференция «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений», Тамбов, 2007.

8. XV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2008», Москва, 2008.

9. II Всероссийская конференция «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Казань, 2008.

10. Восьмой Международный Уральский Семинар «Радиационная физика металлов и сплавов», Снежинск, 2009.

11. П1 Всероссийская конференция «Физические и физико-химические основы ионной имплантации», Н.Новгород, 2010.

Основное содержание диссертации изложено в 11-и тезисах докладов и в 3-х статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК.

Личный вклад автора

Диссертация является самостоятельной работой, обобщившей результаты, полученные лично автором, а также полученные в соавторстве. Автор диссертации принимал личное участие в экспериментах по вторично-ионной масс-спектрометрии, измерению микротвердости, рентгено-фотоэлектронных и Оже-электронных исследованиях. Автором был проведен качественный и количественный анализы результатов исследований состава и структуры поверхностных слоев облучаемых фольг. В работе использовались результаты, полученные Коныгиным Г.Н. (рентгеновская дифракция). Общая и конкретные задачи экспериментальных исследований по диссертационной работе сформулированы совместно с научным руководителем Баянкиным В.Я. Обсуждение и интерпретация экспериментальных результатов проводилась совместно с научным руководителем и соавторами публикаций. Основные положения и выводы диссертационной работы сформулированы автором.

Структура диссертации

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 146 наименований, изложена на 153 страницах, включая 69 рисунков и 1 таблицу.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Выводы

2. Обнаружена корреляция между зависимостью микротвердости и межатомного расстояния от плотности ионного тока в прокатанных фольгах сплава Си6о№4о, облученных ионами аргона.

3. Сравнительный анализ химического состава прокатанных и предварительно отожженных фольг сплава Си8о№го показал, что амплитуда возмущений концентрационных профилей отожженных фольг значительно меньше, чем прокатанных, что свидетельствует об определяющем влиянии дефектной структуры на сегрегационные процессы при ионной имплантации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Новоселов, Андрей Андреевич, Ижевск

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

2. Риссел X., Руге И. Ионная имплантация. М.: «Наука», 1983.

3. Ионная имплантация. Под ред. Хирвонена Дж. К.: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1985. 392 с.

4. Гусева М. И. // Итоги науки и техники. Физические основы лазерной и пучковой технологии, 1989, т.5 С. 5—54.

5. М.А. Баранов Исследование столкновителъных и диффузионных npoifeccoe при ионной имплантации. II Автореферат дисс. канд. физ.-мат. наук. Ижевск: ИПМ УрО РАН, 1999, 22 с.

6. Andersen Н. Н., Chernysh V., Stenum В. Et al.//Surface Sci. 1982 123.

7. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Под ред. Р. Бериша. М.: Мир, 1984, Т. 1, 336 с.

8. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Под ред. Р. Бериша. М.: Мир, 1986, Т. 2, 484 с.

9. S.-J. Kim, М.-А. Nicolet, R.S. Averback, D. Peak // Phys. Rev. B, Vol.37, #1, 1988, p. 38-49.

10. Маклин Д. Границы зерен в металлах. М.:Металлургиздат, 1960, 325 с.

11. Анализ поверхности методами Оэ/се- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Под ред. Д. Бриггса и М.П. Сиха. М.: Мир, 1984.

12. Hondros E.D., Seah М.Р. Segregation to interfaces // Int. Met. Rev., 1977, #22, P. 262-301.

13. M. Ilegems, M. B. Panish // J. Phys. Chem. Solids, Vol.35, 1974, p. 409.

14. J. du Plessis, G. N. van Wyk // J. Phys. Chem. Solids Vol.49, 1988, p. 1441.

15. V. Kumar // Pys. Rev. B, Vol. 23, #8, 1981, p. 3756-3764.

16. Yi-Chen Cheng, C.J. Wu, R.C. Chiang // Phys.Rev.B., Vol.32, #6, 1985, p. 4224-4227.

17. H. Dreysse, L.T. Wille, D. De Fontaine // Phys. Rev. B, Vol.47, #1, 1993-1, P. 62-75.

18. Т. Schulthess, R. Monnier, S. Crampin // Phys. Rev. B, Vol.50, #24, 1994-11, p. 18564-18571.

19. A. Gonis, X.-G. Zhang, A.J. Freeman, P. Turchi, G.M. Stocks, D.M. Nicholson // Phys. Rev. B, Vol.36, #9, 1987-11, P. 4630-4646.

20. H.Y. Wang, R. Najafabadi, D.J. Srolovitz, R. LeSar // Phys. Rev. B, Vol.45, #20, 1992-11, P. 12028-12042.

21. S.M. Foiles // Phys. Rev. B, Vol.32, #12, 1985, P. 7685-7693.

22. R.S. Jones // Phys. Rev. B, Vol.41, #5, 1990-1, P. 3256-3259.

23. V. Drchal, J. Kudrnovsky, A. Pasturel, I. Turek, P. Weinberger // Phys.Rev. B, Vol.54, #11, 1996-1, P. 8202-8212.

24. A. Pasturel, V. Drchal, J. Kudrnovsky, P. Weinberger // Phys.Rev. B, Vol.48, #4, 25. 1993-11, p. 2704-2709.

25. J. W. D. Connolly, A. R. Williams // Phys.Rev. B, Vol.27, #8, 1983, p. 51695172.

26. A.V. Ruban, I.A. Abrikosov, et al. II Phys.Rev. B, Vol.49, #16, 1994-11, p. 11383-11396.

27. Городецкий С. Д. //Металлофизика. 1993. Т.15, № 7. С. 46-83.

28. W. Wagner, L.E. Rehn, H. Wiedersich, V. Naundorf // Phys. Rev. B, Vol.28, #12, 1983, p. 6780-6794.

29. Y. Grandjean, P. Bellon, G. martin // Phys. Rev. B, Vol.50, #6, 1994-11, p. 42284231.

30. L.E. Rehn, S. Danyluk, H. Wiedersich // Phys. Rev. Let., Vol.43, #19, 1979, p. 1437-1440.

31. Гусева M. И., Мансурова A. H. , Нафтулин О. С, Никольский Ю. В., Фефелов П. А., Челноков О. И. // Вопросы атомной науки и техники. Термоядерный синтез. 1983. №2(10). С.69.

32. Гусева М. И., Иванов С. М., Степанчиков В. А. и др. // Атомная энергия. 1986. №60. С. 210-220.

33. Никитин А. А., Травина Н. Т., Гусева М. И. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1984. №5. С. 29.

34. Артамонова И. В., Гусева М. И., Кротов А. П. и др. // Всес. конф. Ионно-лучевая модификация материалов. Черноголовка. 1987. С. 83-84/ f 35. Гордеев. Г. В., Гусева М. И., Коршунов С. М. и др. // Атомная энергия.1996. 68. Вып. 3. С. 210-211.

35. Гусева М. И., Стрыгин А. Э., Шулов В. А., Ягодкин Ю. Д. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1988, № 6, С. 126-130

36. Африканов И. Н., Гусева М. И., Иванов С. М. и др. // Поверхность, 1983, № 8, С. 23-27.

37. М.И. Гусева, Г.М. Гордеева, Ю.В. Мартыненко, М.В. Атаманов, В.Е. Неумоин, A.M. Смыслов. //Металлы, №2, 2000, с. 106-111.

38. М.И. Гусева, A.M. Смыслов. // Поверхность, 2000, №6, с. 68-71.

39. Павлов П. В., Тетельбаум Д. И., Курильчик Е. В. и др. // Металлы, 1993, №3, С.78-83.

40. Тетельбаум Д. И., Курильчик Е. В., Разин И. А. и др. // Известия РАН. Сер.физ., 2000, Т.64, №4, С.727-732.

41. Тетельбаум Д. И., Перевощиков В. А., Латышева Н. Д. и др. // Известия РАН. Сер.физ., 1998, Т.62, .№4, С.861-866.

42. Tetelbaum D. I., Kurilchic Е. V., Latisheva N. D. // Nucl.Instr. and Methods in Phys.Res.B, 1997, V.127/128, P.153-156.

43. Тетельбаум Д. И., Сорвина В. П., Курильчик Е. В. и др. // Известия РАН. Сер.физ., 1996, Т.60, №5, С.210-215.

44. Павлов П. В., Тетельбаум Д. И., Курно Е. В., Романов И. Г., Куницина О. И. // Всесоюзная конференция, Модификация свойств конструционных материалов пучками заряженных частиц, Свердловск, 1991, 3, С.26

45. Морозов Н. П., Тетельбаум Д. И. // ФТП, 1983, 17.- Вып. 5, С. 838-842

46. Скупов В. Д., Тетельбаум Д. И. // ФТП, 1987, 21.- Вып. 8, С. 1495-1497

47. Павлов П. В., Семин Ю. А., Скупов В. Д., Тетельбаум Д. И. // ФТП, 1986, 20.-Вып. 3, С. 503

48. Семин Ю. А., Скупов В. Д., Тетельбаум Д. И. // Письма в ЖТФ, 1988, 14, Вып. 3, С. 273-275

49. Диденко А. H., Козлов Е. В., Шаркеев Ю. П. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. — 1989. № 3, С. 132

50. Диденко А. Н., Лигачев А. Е., Козлов Э. В., Куранин И. Б., Шаркеев Ю. П. // ДАН СССР. Тех. Физ., 1987, 296, №4, С.869-871

51. Didenko А. N. et al. // Mater. Science and Engineering, 1989, it 115, P.337-341

52. Шаркеев Ю. П., Пушкарева Г. В., Рябчиков А. И., Козлов Э. В. // Тезисы докладов IV Всесоюзного семинара. Свердловск, 1987, С. 106

53. Шаркеев Ю. П., Пушкарева Г. В., Пауль А. В. и др. // Тезисы докладов XI Всесоюзной конференции. Куйбышев, 1986, 325 с.

54. Диденко А. И., Козлов Э. В., Шаркеев Ю. П. и др. // Поверхность, 1989, №3, с. 120

55. Шаркеев Ю. П., Пушкарева Г. В., Рябчиков А. И., Козлов Э. В. //, Тезисы докладов IV Всесоюзного семинара, Свердловск, 1987, С. 106

56. Диденко А.Н., Шаркеев Ю. П., Козлов Э. В, Рябчиков А. И. // Металлы, №3, 1993, с. 122-129.

57. А.Н. Диденко, Ю.П. Шаркеев, Э.В. Козлов, А.И. Рябчиков. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. Томск: Издательство НТЛ, 2004, 328 с.

58. Мартыненко Ю.В., Московкин П.Г. // Поверхность, 1991, № 4, с. 44-50.

59. Мартыненко Ю. В. // Итоги науки и техники. Серия «Пучки заряженных частиц и твердое тело», т.7, С.82— 111.

60. А.Л. Пивоваров. // Металлофизика и новейшие технологии, 1994, т. 16, №12, с. 3-17

61. Успенская Г. И., Абрамова H. Н., Тетельбаум Д. И. и др. Физические основы ионно-лучевоголегирования. //Горький. 1972. 4.1.

62. Павлов П.В., Семин Ю.А., Скупов В.Д., Тетельбаум Д.И. // ФизХОМ, №6, 1991, с.53— 57.

63. Д.И. Тетельбаум, Е.В. Курильчик, Ю.А. Менделеева. // Поверхность, 2009, №3, с. 94-103.

64. Д.И. Тетельбаум, E.B. Курильчик, Е.Е. Доценко, И.А. Азин, А.Ю. Азов. // Известия Академии Наук, серия физическая, 2000, т. 64, № 4, с. 726-731.

65. С.В. Оболенский, В.Д. Скупов. // Поверхность, 2000, № 5, с. 75-79

66. H.A. Берт, И.П. Сошников, М.Г. Степанова. // Физика твердого тела, 1998, т. 40, № 3. с. 438-440.

67. А.Ю. Бункин. Н.В. Гаврилов, В.А. Ивченко. Ю.Е. Крейндель, Л.Ю. Кузнецова, H.H. Сюткин. // 1990. № 4. С.171-176.

68. Габович М. Д., Буденная Л. Д., Порицкий В. Я., Проценко И. М. // Взаимодействие атомных частиц с твердым телом, №2, Киев, 1974, С. 136— 139.

69. Dearnaley G. // Rad. Eff. 1982,63, Р. 1

70. Dearnaley G. // Nucl. Instrum. and Meth., 1981, №182/183, P.899

71. Wardiman R. G., Kant R. // JU. Appl. Phys., 1982, 53, P.690-697

72. Быков В. H., Здоровцев Г. Г., Троян В. А., Хмелевская В. С, Малынкин В. Г. //Кристаллография, 1977, 22, С. 138-143.

73. Бородин С. Н., Крейндель Ю. В., Месяц Г. А., Овчиников В. В., Шабашов В. А. // Письма в ЖТФ, 1989, 15, Вып. 17, С. 51-55

74. Овчинников В.В. // УФН, №9, т. 178, 2008, стр. 992-1001.

75. Хмелевская В. С, Соловьев С. П., Малынкин В. Г. // Итоги науки и техники. Сер. Пучки заряж. частиц и твердое тело, 1990, №2, с. 151—193.

76. Черепин В. Т., Васильев М. А. Методы и приборы для анализа поверхности материалов. Справочник. Киев: Наукова думка, 1982,400 с.

77. Дамаск А. С, Дине Дж. Точечные дефекты в металлах. М.: Мир, 1966

78. Макарец Н. В., Фалько Г. П., Федорченко А. М. // Поверхность. Физика, химия, механика, 1984, №3 С. 29—32

79. Мартыненко Ю. В., Явлинский Ю. Н. // Атомная энергия, 1985, 58, вып. 2, с. 111-113

80. Успенская Г. И., Ченкин В. М., Тетельбаум Д. Т. // Кристаллография, 1973, 18, с. 363

81. Павлов П. В., Пашков П. И., Ченкин В. М., Камаев Г. В., Никитин В. И., Огарков Ю. Н., Успенская Г. И. // ФТТ, 1973, 15, С. 2857

82. Пантелеев В. А., Ершов С. И., Черняховский В. В., Нагорных С. Н. // Письма в ЖЭТФ, 1976, Вып. 23, С. 688

83. Аброян И. А., Дубро В. В., Ильин И. А., Привалова Е. А., Титов А. И. // Электронная техника, Сер. 2, 1981, 4, С. 36

84. Борисенко В. Е., Ершов С. Н., Калинкин Ю. JL, Пантелеев В. А. // Письма в ЖЭТФ, 1982, 8, С. 559

85. Жуков В. П., Демидов А. В. // Атомная энергия, 1985, №9(1), с. 29-33

86. Жуков В. П., Болдин А. А. // Атомная энергия, 1987, 63, В. 6, с. 375-379

87. Крейндель Ю. Е., Мизгулин В. Н., Овчинников В. В. // 2-я Всесоюзная хонф. "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц", Свердловск, май, 1991, С. 13—15

88. Zhukov V. P., Ryalenko А. V. // Rad. Eff., 1984, 82, № 1-2, P. 85-96

89. Мартыненко Ю. В., Московкин П. Г. // Поверхность. Физика, химия, механика, 1991, №4, с. 44-50

90. Чернов И.П. и др. // Атомная энергия, 1984, 57, С. 58-65

91. Жуков В. П., Болдип Л. J1. // 9-я Всесоюзная конф. "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом", Москва, 1989, 2, С. 79-80

92. Kapinos V. G., Osetski Yu. N., Pavlov P. A. // J. Nucl. Mat., 1989, №165, p. 286.

93. И.И. Новиков, Дефекты кристаллического сторения материалов. M. Металлургия, 1983, 232 с.

94. Кривелевич С.А. // Высокочистые вещества, 1995, №4, с.109

95. Баянкин В. Я., Гильмутдинов Ф. 3., Тетельбаум Д. И., Гусева М. И. // Поверхность. 2005. №5. с. 77-81.

96. Cahn John W. // The journal of chemical physics. 1965. V.42. N1. P.93-99.

97. Cahn John W. // Acta Metall. 1961. V.9. P.795-808.

98. Cahn John W. // Acta Metall. 1962. V.10. P. 179-183.

99. Чуистов K.B. Модулированные структуры в стареющих сплавах. Киев: Наукова думка, 1975, 228 с.

100. Garner F.A., Brager H.R., Hamilton M.L., Dodd R.A., Porter D.L. // Radiat. Eff., 1986, Vol.101, P.37-53

101. Мясников M.А., Ободников В.И., Серяпин В.Г., Фомин Б.И., Черепов Е.И. // ФТП, 1997, Т.31, №3, С.338-341

102. Селищев П.А Самоорганизация в радиационной физике. Киев: ООО «Видавництво «Аспект-полираф». 2004. 240 с.

103. Хмелевская B.C. Неравновесные состояния в твердом теле. Обнинск: ИАТЭ, 2004. 156 с.

104. Хакен Г. Синергетика: пер. с англ. //М.: Мир. 1980. 404 с.

105. Тетельбаум Д.И., Азов А.Ю. // Вестник ННГУ, сер. ФТТ, 2001, вып. 2(5), с. 120-129.

106. Герасимов А.Б., Чирадзе Г.Д., Кутивадзе Н.Г., и др. // ФТТ. 1999. Т.41. Вып.7. С. 1225-1227.

107. Хмелевская B.C., Малынкин В.Г. // Материаловедение, 1998, т.2, с.25

108. Kirkpatrick S., Velicky В., Ehrenreich H. // Phis. Rev.B, v.l, № 8, 1970, p.3250-3263.

109. Brongersma H.H., Ackermans P.A.J., van Langeveld A.D. // Phis. Rev.B, v.34, № 8, 1986, p.5974-5976.

110. Rehn L.E., Hoff H.A., LamN.Q. // Phis. Rev.Let, v.57, № 6, 1986, p.780.

111. Good В., Bozzolo G., Ferrante J. // Phis. Rev.B, v.48, № 24, 1993-11, p.18284-18287.

112. Erdelyi Z., Girardeaux Ch., et al. // Sur. Sei., № 496, 2002, p. 129-140.

113. Toshio Sakurai, Hashizume Т., Jimbo A., Sakai A. // Phys. Rev.Let, v.55, № 5, 1985, p. 514-517.

114. F 117. Eymery J., Jond J.C. // Surface Sei., v.225, 1990, p.419-423.

115. Wandelt К., Brundle C.R. // Phis. Rev. Let., v.46, № 23, 1981, p.1529-1532.

116. Шульга Ю.М., Иванов A.C., Шамаев С.Н. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика, № 10, 1985, с. 132-135.

117. LambinPh., Gaspard J.P. // J. Phys.F: Metal.Phys., v.10, 1980, p.2413-2415.

118. Yi-Chen Cheng // Phys. Rev. B, Vol.25, 1986, P.7400-7401

119. Seib D.H., Spicer W.E. Photoemission and Optical Studies of Cu-Ni Alloys. I. Cu-Rich Alloys. // Phis. Rev.B, v.2, № 6, 1970, p.1676-1693.

120. Ertl G., Wandelt К. Soft -X -Ray Appearance Potential Spectra of Ni/Cu Alloys. // Phis. Rev.B, v.29, № 4, 1972, p.218-220.

121. Добровольский В.Д., Каральник С.М. // Рентгеновские спектры и электронная структура вещества. Материалы международного симпозиума, ИМФ АН УССР, Киев, 1969, т. 1, с.217-226

122. Ашавский Б.С., Бокштейн Б.С., Никольский Г.С., Холодов С.Н. // Поверхность. Физика, химия, механика, № 8, 1984, с.107-112.

123. Васильев М.А., Шалаев A.M. // Металлофизика, т. 10, № 2, 1988, с.64-77.

124. Hüfner S., Wertheim G.K., Cohen R.L., Wernick J.H. Density of States in CuNi Alloys. Phis. Rev.B, v.28, № 8, 1972, p.488-490.

125. Bansil A., Schwartz L., Ehrenreich H. // Phis. Rev.B, v.12, № 8, 1975, p.2893-2907.

126. Metz C., Tschentscher Th., Sattler T, et al. // Phis. Rev.B, v.60, № 20, 1999-11, 14049-14056.

127. Hsier H.H., Chang Y.K., Pong W.F., et al. // Phis. Rev.B, v.57, № 24, 1998-11, p.15204-15210.к

128. Гильмутдинов Ф.З. Термостгшулированные изменения в оксидных пленках v переходных металлов и сплавов на их основе. II Автореферат дисс. канд.физ.-мат. наук, 1993, 24 с.

129. Канунникова О.М., Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Трапезников

130. В.А. Методы фотоэлектронных исследований неорганических материалов. Ижевск, Изд. Удм. Унив., 1992, 250 с.

131. ГомоуноваМ.В. //УФЫ, т.136, вып.1, 1982, с.105-148.

132. М.В. Захватова, Ф.З. Гильмутдинов, Д.В. Сурнин. // Физика металлов и металловедение, 2007. Т. 104, вып. 2, с. 166-171.

133. Г.А. Александрова, A.C. Паршин // Вестник CAA, № 2, 2001, с. 15-22

134. Избранные методы исследования в металловедении Под. Ред. Хунгера Г.Й.: пер. с нем.- М., Металлургия, 1985, гл.4-8.

135. Шелехов Е.В. // Тез. докл. нац. конф. по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов, 1997, Дубна, т.З,с.316-320.

136. Бахарев О.Г., Погребняк А.Д., Базыль Е.А., Соколов C.B. // Металлофиз. новейшие технол. 1999, т. 21, № 8, с. 61-70

137. Баянкин В .Я., Васильев В.Ю., Шабанова И.Н. Сегрегационные эффекты на поверхности метастабилъных металлических систем. Ижевск: Изд-во Института прикладной механики УрО РАН, 1999, 287с.

138. Герцрикен С.Д., Дехтяр И.Я. Диффузия в металлах и сплавах в твердой фазе. М.: Изд-во физ.-мат. Литературы, 1960, 564с.

139. Лариков Л.Н., Исайчев В.И. Структура и свойства металлов и сплавов. Диффузия в металлах и сплавах. Киев: Наукова думка, 1987, 510с.

140. Бокштейн Б.С. Диффузия и структура металлов. М.: Металлургия, 1973,208с.

141. Игумнов И.А. Исследование периодической микроструктуры сплавов Fe-(0,3-5,0)% Ti. Дисс. канд. физ.-мат. наук. Ижевск. 1999. 126 с.

142. С.Н. Нагорных. // Вестник ННГУ, сер. ФТТ, вып. 1(8), 2005, с. 102-106.

143. С.Н. Нагорных, В.И. Павленков, В.Н. Перевезенцев. // Вестник УдГУ, сер. Физика. Химия, вып. 1, 2008, с. 171-188.

144. А.Ф. Буренков, Ф.Ф. Комаров, М.А. Кумахов, М.М. Темкин. Таблицы параметров пространственного распределения ионно-имплантированных примесей. Минск: Изд-тво БГУ им. Ленина. 1980, 537 с.о