Свойства полиэтилена, модифицированного ионной имплантацией и последующей диффузией тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

,73 Ой

2 7 OUT 1998 УДК 621.315.5; 687.7

КОЗЛОВА ЕЛЕНА ИВАНОВНА

СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ДИФФУЗИЕЙ

01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МИНСК, 1998

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников Белорусского государственного университета Республики Беларусь

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Оппонирующая организация

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ОДЖАЕВ В.Б.

доктор технических наук зав. лаб. ИФТТиПП НАНБ Дутов А.Г.

кандидат физико-математических наук,

доцент

Сернов С.П.

Научно-исследовательский институт радиоматериалов

Защита состоится «9» октября 1998 г. в 14 часов на заседании Совета по защите диссертаций Д 02.01.16 в Белорусском государственном университете Республики Беларусь (220050, г.Минск, пр.Ф.Скорины 4, Белгосуниверситет, главный корпус, к.206)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгосуниверситета Автореферат разослан « 9 » сентября 1998 г.

Ученый секретарь Совета, доцент

Стельмах В.Ф.

0Б1ЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

В настоящее время в мире наблюдается повышенный интерес к изучению свойств модифицированных органических полимеров, обусловленный перспективами их практического применения. Работы в этом направлении ведутся в научных центрах Германии, Франции, США, Японии и многих других стран, в том числе России и Беларуси. В рамках этих исследований уже продемонстрирована возможность кардинального изменения свойств тонких пленок полимеров и придания им полупроводникового и металлического типа проводимости в результате их структурной перестройки. Тем не менее, до настоящего времени остается открытым ряд вопросов, связанных со структурой полимеров, модифицироваш!ых как ионной имплантацией, так и другими способами, например, диффузией, термообработкой и так далее. Остается невыясненным и детальный механизм переноса заряда в таких полимерах. Таким образом, актуальность выполненной работы определяется как необходимостью выяснения некоторых свойств полимеров, модифицированных ионной имплантапией и последующей диффузией, так и перспективами использования полимерных материалов с заданными свойствами в создании промышленных элементов и электрошгых устройств. Необходимо также отметить, что замена полупроводниковых материалов полимерами в промышленном производстве особенно актуальна в условиях Беларуси, где отсутствуют природные ресурсы полупроводниковых материалов, в то время как полимеры производятся предприятиями Беларуси.

В работе исследовалось влияние внешних воздействий - ионной имплантации, диффузии и их последовательного применеггия - на электрофизические свойства тонких пленок полиэтилена. При ионной бомбардировке полиэтилена превращения его полимерной матрицы носят наиболее простой характер, поскольку не осложняются процессами перестройки и деградации функциональных групп и соответствующими эффектами памяти об исходной химической структуре полимера, т.о. полиэтилен выбран в качестве объекта исследований как своего рода модельный материал. При выборе условий ионной обработки учитывалось широкое применение технологии ионной имплантации различных примесей в полупроводником про-

мышленном производстве. При выборе легирующих примесей при проведении диффузии учитывалась как доступность материалов (РеС13 и йода), так и экологическая безопасность проведения диффузии. Различие ковалентных и атомных радиусов налетающих ионов, энергий и доз при имплантации позволило варьировать структурные изменения углеродной матрицы полиэтилена, варьируя тем самым и его электрофизические свойства.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Исследования проводились в рамках госбюджетных тем Белгосуниверситета «Электронные процессы в ионноимплантированных полимерах и формирование на их основе на-норазмерных структур с управлением свойствами» (№ государственной регистрации 19963447), «Исследовать физико-химические свойства полимеров, модифицированных ионной имплантацией и допированием» (№ государственной регистрации 19963439), а также темы «Разработать принципы управления парамагнитными свойствами и процессами переноса носителей заряда в облученных или пиролизо-ванных углеродных системах» (№ государственной регистрации 19963448).

Цель и задачи исследования. Целью работы являлась разработка способов и методов управления электрофизическими свойствами модифицированного полиэтилена!

При выполнении работы ставились следующие задачи:

1. отработка различных режимов диффузии в полиэтилен, имплантированный различными ионами при различных условиях;

2. на'основе результатов, полученных в ходе исследований, разработать модельные представления о механизме переноса заряда в системах ионноимплантированно-го полиэтилена, легированного РеС1з.

: 'Объект и предмет исследования. Объектом исследования являлся полиэтилен. Предметом исследования являлось изучение электрических и спектроскопических свойств объекта исследования, обработанного различными способами.

Методология и методы проведенного исследования. В ходе проведения исследований была разработана методика проведения диффузионного легирования полиэтилена из водного раствора КеСЬ, отличающаяся простотой и высокой эффективностью. При измерениях были использованы стандартные методы исследования веществ и их физических свойств - ИК и УФ-спектроскопия, ЭПР-

спектроскопия, Резерфордовское обратное рассеяние (ТШ8), электрические измерения проводились по стандартной двухконтактной методике.

Научная новизна и значимость результатов заключается в следующем:

• впервые разработана и применена на практике методика диффузионного легирования полиэтилена из водного раствора РеС13;

• определены пороговые значения дозовой нагрузки полиэтилена при его имплантации различными ионами в разных режимах, применяемых в отечественном промышленном производстве;

• впервые обнаружено, что химическое легирование исходного полиэтилена ионами Ре" и С Г из водного раствора ГеС13 не оказывает влияния на его электрофизические свойства;

• получили дальнейшее развитие представления о появлении в модифицированном ионной имплантацией слое полимера квантово-размерного эффекта, обусловленного ростом систем сопряжения и формированием сети сопряженных двойных связей вследствие облучения полимера ионами;

• впервые обнаружена независимость распределения по глубине атомов примеси, вводимой путем диффузионного легирования, от типа внедренных при предварительной обработке материала ионов и дозовой нагрузки;

• определено, что распределение атомов примеси, вводимой путем диффузии из водного раствора РеСЛз, подчиняется закону Фика с коэффициентом диффузии 10"'5 см2/с;

• впервые установлено отношение концентраций атомов Ре и С1 в модифициро-вашюм слое полиэтилена после его диффузионного легирования, равное 3:1, отличающееся от стехиометрического соотношения Ре:С1 в водном растворе РеС1з, что говорит о раздельной диффузии железа и хлора (в виде катионов и анионов) в полиэтилен;

• предложена модель механизма процесса переноса носителей заряда в модифицированном ионной имплантацией и последующим диффузионным легированием слое полиэтилена, которая учитывает корреляцию количества центров захвата легирующей примеси с дозой имплантации и атомной массой ионов.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты дают возможность дальнейшего развития представлений о принципах и технологии использования полимерных материалов в качестве сырья для электронной промышленности, что позволит в будущем получить положительный экономический эффект. Использованные в исследованиях материалы и условия имплантации и легирования дают возможность разработки технологии внедрения полимерных материалов в промышлешюсть при использовании стандартного оборудования и сырья.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Впервые установленные закономерности раздельной диффузии ионов железа и хлора в имплантированном ионами слое иолиэтилена после легирования из водного раствора FeCly. установившееся распределение атомов Fe и С1 по глубине слоя подчиняется закону Фика; центрами захвата атомов легирующей примеси выступают свободные радикалы, образующиеся в процессе фрагментации молекул полиэтилена иошгой бомбардировкой; количество центров захвата возрастает монотонно до дозы 1015 см'2.

2. Модель электрофизических процессов, протекающих в модифицированном ионной имплантацией приповерхностном слое полиэтилена после легирования, учитывающая корреляцию количества центров захвата легирующей примеси с дозой имплантации и атомной массой ионов, описывающая особенности экспериментальной зависимости проводимости модифицированного слоя в широком диапазоне доз имплантации..

Личный вклад соискателя. Все приведенные в диссертации результаты получены лично соискателем и проанализированы с научным руководителем. Соавторы опубликованных работ принимали участие в подготовке образцов, проведении экспериментов и обсуждении результатов. Обработка и интерпретация данных, выводы сделаны автором лично.

Апробация и опубликованность результатов диссертации. Основные результаты работы были представлены на MRS Symposium «Electrical, optical and magnetic properties of organic solid state materials» (Boston, MA, USA, 29 Nov. - 3 Dec. 1993), International Conference «Macrotest 1995» (Czech Republic, Lazne Bohdanec, 6-9 June 1995), международной 52-й научно-технической конференции БГПА «Технические ВУЗы - Республике», 18-21 ноября, 1997. - Минск, Беларусь,

1997, II международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом», 23-25 сентября 1997 г., г. Минск, II международной Научно-технической Конференции «Современные средства связи», 22-26 сентября 1997 г., Нарочь, Беларусь, Symposium «Electrostatic and Electron-Ion Technology», Sept. 18-19, 1997., Augustov, Poland. Содержание работы отражено в 17 научных статьях и публикациях. Общее количество стратщ опубликованных материалов - 48.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, основных выводов и списка использованных источников. Объем диссертации составляет 130 страниц, в том числе иллюстраций и 3 таблицы. Список использованных источников включает 176 наименований.

ОСПОВПОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Во введении дается общая характеристика изучения проблематики модифицированных ионной имплантацией, термическим отжигом, легированием и другими методами полимерных материалов на сегодняшний день в мире.

В общей характеристике работы обоснована актуальность темы, сформулирована цель и определены задачи работы, представлена научная новизна, практическая значимость проведенных исследований и основные положения, выносимые на защиту. Приводится структура диссертации и список опубликоватпгых работ.

В первой главе представлен обзор литературных данных о состоянии исследований физико-химических свойств проводящих полимеров. Приводятся данные о влиянии структуры полимеров на их электрофизические, спектроскопические и другие свойства. Рассматриваются вопросы переноса заряда, влияния л- и ст-связей на процессы переноса в органических материалах. Проанализированы различные представления о влиянии процессов иошюй имплантации и диффузии на физико-химические свойства полимеров.

Во второй главе приводится описание методики подготовки образцов полиэтилена для исследований, оригинальной методики проведения диффузии в пленки выбранного материала, а также описания стандартных методик измерений, исполь-зовашшх для изучения свойств модифицированного полиэтилена в работе. В качестве основных методов исследования были выбраны спектроскопия в ИК- ,УФ- и

видимом диапазонах, ЭПР-спектроскопия, метод Резерфордовского обратного рассеяния (ЯВБ), двухконтактная методика измерения сопротивления материала, температурная зависимость проводимости. Выбранные методы позволили провести комплексное исследование структуры и свойств облученных и легированных пленок полиэтилена.

В третьей главе приводятся основные экспериментальные результаты по исследованию свойств полиэтилена, модифицированного ионной имплантацией, и их интерпретация. Проведенные эксперименты с использованием ИК-, УФ- и видимой спектроскопии показали, что при ионной имплантации полиэтилена происходит первоначально дегазация его приповерхностной области, сопровождающаяся увеличением числа ненасыщенных связей (а следовательно, и числа свободных радикалов). При этом оборванные углеродные связи могут релаксировать либо с образованием различной протяженности сопряженных двойных связей -С=С-, либо окисляются с образованием карбонильных групп -С-О. Зависимость числа карбонильных групп -С=0 и групп -С=С- от дозы имплантации полиэтилена, представленная на рис.1, наглядно демонстрирует, что процессы карбонизации и оксидации приповерхностного слоя полиэтилена в процессе бомбардировки легкими ионами (ш < 40 у.е.) и дозах до 1016 ион/см2 конкурируют друг с другом и доминирующим является процесс оксидации. В го же время, при имплантации более тяжелыми ионами (щ > 40 у.е.) в том же диапазоне доз преобладающим является процесс карбонизации. При больших дозах имплантации процессы карбонизации и оксидации замедляются, преобладающим же становится процесс формирования многомерных углеродных структур.

Проведенные ЭПР исследования показали, что для всех исследованных образцов после их ионной обработки характерным является спектр, представляющий собой синглетнуго изотропную симметричную линию лоренцевой формы с шириной ЛН~1Гс и g-фaктopoм, равным 2,0025±0,0005. Такое значение в-фактора указывает на делокализацию электронов в %-состояниях. Тот факт, что форма линии являеегя лоренцевой, может быть объяснен наличием сильною обменного взаимодействия между изолированными областями делокализации неспаритых электронов. Была

установлена независимость ширины и интенсивности линии ЭПР образца ионно-имплантировашюго

0,025

S 0,015 g

в 0,010-

g 0,005-

о

о.ооо

о—с-о .—с-с

/

--О"*

101= 1013 юн 1015 1016 Доза имплантации (ион/см^)

Рис. 1. Зависимость роста числа карбонильных групп С=0 и связей ОС от дозовой нагрузки пленки полиэтилена, имплантированного ионами N+ с энергией 150 кэВ

1 0.020-

lO'i

полиэтилена от давления при проведении измерений, что свидетельствует о формирован™ квазидвумерного электронного газа в приповерхностном проводящем слое полимера при ионной имплантации.

В ходе исследований парамагнитных свойств полиэтилена было обнаружено, что спектры ЭПР образцов, имгшантироватмх ионами В+ дозами >1015 ион/см3, содержат сигналы как от я- так и от ст-электропов со значениями g-фaктopa выше и ниже значения §-фактора свободного электрона. Анизотропия значения ^-фактора, наблюдаемая в зависимости от ориентации образца в магнитном поле, объясняется, по всей видимости, проникновением кислорода в радиационно поврежденную приповерхностную область полимера, и формированием системы «капель», обогащенных углеродом и, возможно, окруженных л--олектронами (я-элекгронной «тубой»), так что в результате этого процесса квазидвумерный электронный газ преобразуется в трехмерный, который характеризуется другими значениями §-фактора.

Электрические измерения показали существование порогового значения дозовой нагрузки полиэтилена, равного 5х1014 ион/см2 для ионов с атомной массой более 40. и энергией >120 кэВ, при котором с дальнейшим ростом дозы 1гроисходит переход от линейного к экспоненциальному закону увеличения проводимости. В случае имплантации ионов с меньшей атомной массой это пороговое значение дозовой нагрузки увеличивается до 5х1015 ион/см2.

Исследования температурной зависимости проводимости пленок полиэтилена показали, что проводимость этого материала носит неметаллический характер, зависящий от температуры измерений, который можно описать степенным законом а~ехр(-1/Т)п, где значение п определено в промежутке 1/2 - 1/3.

В четвертой главе рассмотрены электрофизические свойства модифицированных ионной имплантацией пленок полиэтилена после их диффузионного легирования.

На основании проведенных ЭПР-исследований и расчетов можно сделать вывод о том, что интеграл обменного взаимодействия не изменяется после проведения легирования образцов, следовательно, диффузия РеСЬ из водного раствора не влияет на времена релаксации парамагнитных центров, а их значения определяются только дозой предшествовавшей имплантации (т.е. не происходит обменного взаимодействия между неспаренными электронами углеродной фазы и ионами легирующей примеси), однако легирование приводит к термоактивации парамагнитных центров. Регистрация спектров ЭПР при температуре 77 К образцов, имплан-тировагашх разными видами ионов, различными дозами и легированных при различных условиях, показали, что форма линии остается неизменно лоренцевой, однако ширина линии незначительно увеличивается для всех образцов по сравнению с измерениями ггри комнатной температуре.

При проведении электрических исследований установлено, что диффузионное легирование пленок полиэтилена как из водного раствора Г'еСЬ, так и парами йода, приводит к уменьшению сопротивления модифицированного слоя полимера, однако это изменение не является устойчивым - в результате перераспределения примеси с течением времени значение слоевого сопротивления полиэтилена растет до измеренного после ионной имплантации (Рис.2). При этом установлено, что проведите диффузионного легирования исходного (т.е., неимплантированного) полиэтилена не оказывает влияния на его электрофизические свойства, тогда как в случае модификации предварительно облучешюго материала степень и продолжительность изменений, вносимых последующим легированием, зависит как от дозы имплантации, так и от типа имплантированных ионов.

При изучении спектров RBS распределения примесей в образцах полиэтилена, имплантированных различными ионами и дозами и допировашшх из водных растворов FeCl3, было обнаружено, что соотношение Fe:Cl = 3:1, причем соотношение концентраций атомов железа и хлора, не зависит от концентрации вводимой примеси в растворе и существенно отличается от стехиометрического соотношения FeCh, равного 1:3 (Рис.3). Из величины этого соотношения можно заключить, что диффузия атомов железа и хлора происходит раздельно и ire подчиняется ни одному из описанных ранее в литературе механизмов /2, 3, 4/., из чего следует предположение о раздельной диффузии атомов железа и хлора, и мехашпм их захвата на радиационно индуцированные дефекты структуры полимера, по всей вероятности, различен. Более низкий коэффициент проникновения ионов хлора в образец объясняется, видимо, большим радиусом иона (1.8 А по сравнешпо с 0.7 А для иона FeJ+). Механизм проникновения и, возможно, захвата атомов примеси на дефектах структуры полиэтилена в данном случае он усложняется возможными изменениями свойств поверхности полимера в водной среде (вследствие гидротации полимера, его набухания). Несмотря на это, из вида концентрационных профилей атомов железа и хлора можно заключить, что их распределение с достаточной степенью достоверности следует классической форме распределения Фика с коэффициентом диффузии порядка 10"15 см2 с ! в слое 50-300 им.

Рис.3 Профили распределения атомов железа и хлора в модифицированном слое полиэтилена, имплантированного ионами N* с энергией 150 кэВ дозой 1х1015 ион/см2, после легирования из водного раствора FeCh с концентрацией 5 моль/л

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обнаружено, что при имплантации полиэтилена ионами В+, N+, F+, Ar+, As+ и Sb~ в интервале энергий 100 - 150 кэВ и доз Ю12 - 1017 ион/см2 наблюдается нелинейный рост поглощения в ИК-диапазоне в режиме фрагментации молекул полимера. Экспериментальные данные описываются в рамках модели образования групп -С=0 и -С=С- в имплантированном ионами слое полиэтилена [6].

2. Установлено пороговое значение дозы имплантации полиэтилена, равное 5x10й см"2 для ионов с атомной массой >40, после которого происходит переход от линейного к экспоненциальному закону увеличения проводимости. Увеличение оптического поглощения и сдвиг края полосы поглощения в длинноволновую область (до 1200 нм) с ростом дозы имплантации от 1012 до 1017 ион/см2 в полиэтилен свидетельствует о переходе от фрагментации углеводородных молекул к изменению химической структуры (формированию гетерогенной системы) вследствие дегазации материала. Установлена корреляция между нелинейным ростом поглощения в ИК и УФ диапазонах и переходом механизма прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка к проводимости в гетерогенной системе [5, 6].

3. Установлено, что концентрация атомов йода при диффузии в радиационно поврежденный полиэтилен монотонно растет с увеличением дозы имплантации ионов As+ и Sb+ вплоть до пороговой дозы, а затем начинает уменьшаться, что обусловлено уменьшением количества центров захвата примеси при надпорого-вых дозах имплантации [17].

4. Впервые показано, что в радиашгонно поврежденном слое полиэтилена происходит раздельная диффузия атомов Fe и С1 при легировании из водного раствора FeCh, причем установившееся распределение атомов Fe и С1 по глубине до 300 не зависит от типа внедренных ионов, дозы имплантации и подчиняется закону Фика с коэффициентом диффузии порядка 10~15 см2/с [6, 8].

5. Разработана модель протекания электрофизических процессов в модифицированном ионной имплантацией слое полиэтилена после легирования, учитывающая корреляцию количества центров захвата легирующей примеси с дозой имплантации и атомной массой ионов, предполагающая развитие этих процессов в приповерхностном пористом слое глубиной до 300 нм. Обнаружешшй рост проводимости на 1 - 3 порядка величины при диффузионном лег ировании радиаци-онно поврежденного и карбонизированного полимера из водного раствора FeCb согласуется с предлагаемой моделью. Изменение проводимости после легирования объясняется приходом системы модифицированного слоя полимера в равновесие в результате захвата атомов примеси на радиационно внедренные дефекты, а также частичной обратной диффузией примеси [1, 2].

6. Установленная зависимость сопротивления образцов от концентрации паров йода или ионов хлора (в растворе FeCb) может быть физической основой для использования модифицированного ионной имплантацией полиэтилена в качестве эффективного сенсора газов [7, 8, 17].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Ионная имплантация полимерных пленок / Азарко И.И., Козлов И.П., Козлова Е.И., Оджаев В.Б., Пенина Н.М., Рыбка В., Янковский О.Н. //Вакуумная техника и технология.-1993. - Т.З, № 5,6. - С.20 - 23

2. Azarko I.I., Kozlov I.P., Kozlova E.I., Odzhaev V.B., Jankovsky O.N., ESR study of the ion implanted organic films. // Electrical, optical and magnetic properties of organic solid state materials: Proc. Of MRS Symp.Boston, MA, USA, 29 Nov. - 3 Dec. 1993. / Pitsburg, PA, USA: - MRS, 1993..

3. Jankovsky O., Svorcik v., Kozlova J., Rybka V., Hnatowicz V. И Nucl. Instr. and Meth. - 1994. - Vol. B93. - P. 282.

4. Azarko I.I., Hnatowicz V., Kozlov I.P., Kozlova E.I., Odzhaev V.B., Popok V.N. // phys.stat.sol. - 1994. - Vol. 146(a). - P. K23.

5; Svorcik V., Kozlova J., Rybka V., Hnatowicz V. // Nucl. Instr. and Meth. - 1995. -Vol. B95. - P. 192.

6. Svorcik V., Kozlova J., Rybka V., Hnatowicz V. // Mater.Lett. - 1995. - Vol. 23. - P. 321.

7. Jankovsky O., Kozlova E., Rybka V., Svorcik V. Modification of Carbon Black Loaded PE by Ion Beam. // Macrotest 1995. Czech Republic, Lazne Bohdanec, 6-9 June 1995. /Proc. of International Conference, 1995.

8. Kozlova E., Rybka V., Micek I., Svorcik V. Diffusion of Fe and CI into modified PE. // Macrotest 1995. Czech Republic, Lazne Bohdanec, 6-9 June 1995. / Proc. of International Conference, 1995.

9. Jankovsky O., Kozlova E., Rybka V., Svorcik V. Diffusion of I to PE modified by ion implantation. // Macrotest 1995. Czech Republic, Lazne Bohdanec, 6-9 June 1995. /

' Proc. of International Conference, 1995.

10. Azarko 1.1., Karpovich I.A., Kozlov I.P., Kozlova E.I., Odzhaev V.B., Popok V.N., Hnatowicz V., Influence of ion implantation on the properties of polymer films. //

' Solid State Commun. - 1995. - Vol. 95, No 1. - P. 49 - 51.

11. Козлова Е.И., Оджаев В.Б., Свиридов Д.В., Янковский О.Н., Новоселов A.M. Перспективы использования полимерных пленок, модифицированных ионами, в качестве оптических материалов // Материалы международной 52-й научно-технической конференции БГПА «Технические ВУЗы - Республике», 18-21 ноября, 1997. - Минск, Беларусь, 1997. - 4.4. - С.19.

12. Карпович И.А., Козлов И.П., Попок В.Н., Козлова Е.И., Янковский О.Н. Элек-

• трофгаические параметры приповерхностных слоев имплантированных полимерных пленок // Тез. II междунар. Конф. «Взаимодействие излучений с твердым телом», 23-25 сентября 1997 г. - Минск. - С.142.

13. Оджаев В.Б., Попок В.Н., Карпович И.А., Янковский О.Н., Козлов И.П., Козлова Е.И., Азарко И.И. Перспективы применения имплантированных полимеров в качестве функциональных элементов электроники // Матер. II междунар. Науч-но-тех. Конф. «Современные средства связи», 22-26 сентября 1997 г. - Нарочь,

Беларусь. - Известия Белорусской инженерной академии. - 1997. - N 1 (3)/3. -С.214-218.

14. Kozlov I., Odzhaev V., Popok V., Azarko I., Karpovich I., Sviridov D., Kozlova E., Jankovskij O. Paramagnetic and Optic Properties of Polymer Films Modified by Ion Implantation// Proc. of Symp. Electrostatic and Electron-Ion Technology, Sept. 18-19, 1997. - Augustov, Poland. - P. 88-94.

15. Яиковский O.H., Оджаев В.Б., Карпович И.А., Козлова Е.И. Влиятте диффузии йода на электрофизические свойства имплантированного полиэтилена // Тез. II междунар. Конф. «Взаимодействие излучений с твердым телом», 23-25 сентября 1997 г. - Минск. - С. 160.

16. Козлов И.П., Оджаев В.Б., Попок В.II., Азарко И.И., Козлова Е.И. Парамагнитные свойства иотпгоимплантировашшх слоев полимера // Журнал прикладной спектроскопии - принято к печати - Т.65, N 3., 1998.

17. Оджаев В.Б., Козлова Е.И., Яиковский О Н., Козлов И.П., Карпович И.А. Изменение электрических характеристик полиэтилена имплантацией и диффузией // Вестник БГУ - принято к печати.

РЕЗЮМЕ Козлова Елена Ивановна СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА, МОДИФИЦИРОВАННОГО ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ДИФФУЗИЕЙ

Ключевые слова: ионная имплантация, диффузия, полиэтилен

При ионной имплантации пленок полиэтилена происходит карбонизация, оксидация и дегазация его приповерхностного слоя, в результате чего формируется гетерогенная структура (возникают углеродные вкрапления в полимерной матрице). . ... :

В работе показано, что в радиационно поврежденном слое полиэтилена происходит раздельная диффузия атомов железа и хлора при легировании из водного раствора FeClj. Проведенные исследования показали, распределение атомов легирующей примеси по глубине не зависит от типа внедренных при имплантации ионов и дозы имплантации.

Разработана модель переноса носителей заряда, основанная на учете корреляции центров захвата легирующей примеси с дозой имплантации и атомной массой ионов, предполагающая, что все релаксационные процессы, обусловленные легированием модифицированных пленок и вызывающие изменения их физических свойств, разворачиваются в основном в пористом приповерхностном слое, оказывая лишь несущественное влияние на скрытый слой внедренной при имплантации примеси, механизм проводимости в котором не зависит от проведения легирования, а определяется лишь условиями предшествовавшей ему ионной имплантации.

SUMMARY Kozlova Elena Ivanovna «THE PROPERTIES OF POLYETHYLENE MODIFIED BY ION IMPLANTATION

AND DIFFUSION»

Key, words: ion implantation, diffusion, polyethylene

The processes of carbonization, oxidation and degazation occur in the polyethylene under the ion implantation. The heterostructure is being formed as a result of these processes, which means that some carbon clusters appear in the polymer matrix.

It is shown that a separate diffusion of the Fe and CI atoms occur in the radiation damaged layer of polyethylene under the diffusion of Fed? from its water solution. The depth distribution of the diffused atoms does not depend on the type of the ions and implantation dose.

A conductivity model has been developed considering the correlation between the number of the doping atoms trapping centers and the atomic mass of the implanted ions. This model presumes that all the relaxation processes due to the doping of the modified polyethylene film occur mostly within the porous layer of the polymer having a negligible influence over the concealed layer of the radiation induced ions. The conductivity mechanism of the latter does not depend on the doping and is determined mainly by the implantation conditions.

РЭЗЮМЕ

Казлова Алена 1ванауна «УЛАСЦЮАСЦ1ПОЛ1ЭТЫЛЕНА, МАДЫФ1КАВАНАГА1ЁННАЙ 1МПЛАНТАЦЫЯЙI НАСТУПНАЙ ДЫФУ31ЯЙ»

Клтопавыя словы: ¡ённая ¡м плантация, дыфуз1я, поп13тылен

Пры юннай шплантацьц плёнак пол1эгылена адбываедца карбатзацыя, ак-слдацыя 1 дэгазаньм яго прыпаверхнаснага слою, у вышку чаго утвараецца гетэра-генная структура (узшкаюць вугляродныя «кроши» у пал1мернай вуглевадароднай матрыцы).

У рабопе паказаиа, што у радыяцыйна пашкоджаным сло1 пол1этылена адбы-ваевда раздзельная дыфузм атамау жалеза 1 хлора пры леправанш з воднага раствора РсСЬ. Праведзеныя даследванш паказаш, што размеркаванне атамау ле-пруючай прымей па глыбин не залежьщь ад тылу 4 дозы ¡мплантаваных ¡ёнау.

Была распрацавана мадэль праводнасщ, заснаваная на у.ику карэляцъп коль-касщ цэнтрау захопу лепруючай прымеа з дозай ¡мпяантацьп 1 атамнай вагой ¡ёнау. Згодна гэгай мадэл, рэлаксацьшныя працэсы, абумоуленыя леправаннем ма-дыфжаванага 1ённай ¡мплантацыяй ттэтылена \ вьшнкаючыя змянетп яго фпнтых уласщвасней, адбываюцца у порыстьш слсп, пязначпа унлываючы на на-хаваны слой прымеи, уведзенай падчас ¡мплантацьп. Тамм чьшам, мехашзм праводнасщ гэтага слою не залежьщь ад правядзення дътфузп, а вызначаедца толыа умопам! папярэдняй ¡мплантацьн.

Козлова Елена Ивановна

Свойства полиэтилена, модифицированного ионной имплантацией и последующей диффузией

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано к печати 22.09.98. Формат 60x84 1/16. Бумага N1. Объем 1 п.л. Заказ №М6Тираж 100 экз. Отпечатано на ротапринте Белгосуниверситета 220080 Минск, ул.Бобруйская,7.