Взаимодействие дислокаций с точечными и более мощными локальными дефектами и ее влияние на движение дислокаций в кристаллах кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Кишський уншерситет ¡меш Тараса Шевченка

^ £ \

Коломгецъ Алла Миколагвна

УЛ К 548.4

Взаемод1я дислокацш з точковими та быъш готужними локалъиими дефектами г гг вплие на рух дислокацгй в кристалах кремиш

01.04.07 - фЬика твердого -пла

Автореферат дисерташ! на здобуття паукового ступеня кандидата ф!зико-матеыатичних наук

Киг а 1997 1

Писертащею с рукопис.

Робота виконана на кафедр! ф1зики метал1в Кишського Ушверсит

¡мен!1 ар аса Шепчен * ' 4

Науковий кертник: доктор ф!зико-математичних паук, профссо;

член-кореспопдент НЛН УкраУни, завшуючий кафедрою ф1зики метал ¡б КиУвського университету ¡меш Тараса Ш чеика

Макара Володимир Арссиоаич.

Науковий консультант: кандидат ф1зико-математичних наук, старший науковий сшвробтшк КиУвського ушверситету ¡меш Тараса Шевченка Стсблспко Людмила Пстр1опа.

ОфЫйш опоненти: доктор ф!зико-математичних наук, старший науковий сшвробтшк ¡нституту ф1зики натвпровишиюв Романюк Борис Миколайоеич, кандидат ф!зико-математичних наук, доцент Кишського университету ¡мен! Тараса Шс чепка

Максгсмюк Петра Олсксаидрооич.

ПроБшна устапова: Институт проблем матер^лсзпавства ПАН

УкраУни, вшд!л ф1зики налмшних матерь алш та мстастаб!льних сплашп.

Захис.т мдбудеться " Химм/С^ " о "И год 30 х»" пазаоииш С[тсц1ал1зовано1 Ради (шифр Л-01.01.22) в КиУвському Ушвсрситсп ¡ме Тараса Шевченка за адресою: КиУв, просп. Глушкова,б, ауд.200.

3 дисерташего можна ознайомитись у бШлютеш Кишського Уншера тету ¡мен! Тараса Шевченка (вул. Володимирська, 64).

Автореферат роз!сланий Я^ 1997 року.

Вчений секретар Спеш'ал!зованоУ Ради доктор фЬико-математичних наук

Охр1мснко Б.У

Встун

Аятуяльмзсть темя досл$дження.. Основною тенденцию сучасного сусшльного роэвитку та особливостей наухоро-техтчного прогресу я те, -.ух. вкрай к«0бх!лними ст&ють науков)" досл!ЯЖ мня та розроСки технолог!!! ¡¡а p¡BHÍ, ню перевишу« cbítohí стандарта.

Значне mícuc в промисл odcctí ni вводиться використалню мшних i иалмм;-ких «naTepiajiiB, лля створення як их найбЫьш першективними в ковалелтч: «ристали.

"Оск'гльки ф'шико-мехашчш пластивост'| будь-якого кристалу залежать в'л м! проструктури, то особливе значения ка^увають експериментальт та теоретичен' дослшження можливостей впливу нам формувал>ч та встанозлення зв'яэку míh< характером структурних недосконалостеЯ та мехашчними вла-стшюстлми матер1ал i¡i.

За'язоз роботи © Ччяуксзямга програмами, плаггамп, темпмн. В эз'яэку з шдвишенням еимог до мшносних характерисгик кристал1чних ыа>-тер!алш, як\ використоауються в plsttwx сферах народного госпсдарствгц лз. сстанш роки в багатьоя галузлх науки рсзширюються дослшження 'зроз-робки ф'юичних основ створеяня кристал1чних MaTepiajiie, шо мають високу MiuaicTb та достатню т;л&стичшсть при високих температурах та напружел-нях.

Серед л i,пом их па далий час способов íx отримапня одним !э самих ефек-тианих в змщнення кристыпв легуючими ел он гитами, яХ1 в бар'врамн для глемег;т;.рних Hociía пластично! деформгим — лислонашЯ i впчивають яа еволюшю м!хроструктури в шлому. ФЬино-ыехашчш властивосп таких ма-TcpiajrÍB залежать ып того, насюльки ефективно яислокаци гальмуються бар'ерзми ¡ яким чином sx долають.

" Найнрашим моделышм матер1алом лля таких розробок о бсэлислокашйн! кристали Kpei.'.HÍM, якл i стали одним ¡з основних об'вкп'в в планах експерн-менталь'.шх лосгпяжень, ¡но провояяться за останн! десять рокт на кафелр! ф!з?1ки мет&пт Кишського университету i иен i Тараса Шевченка.

Тому осяовна мето дгыо? роботи полягала в теоретичному та ехспс-риментальному досл1дженш закономерностей руху лислохашЯних ссгмен-tíu в иочаткопо беэяислокашйних ыонокркеталах кремшю та характер Тя яз&змодн з перешкодами рЬиого виду. .

Лля досягнрннл поставлено! мети передбачалось роэв'язаккя наступнкя зал &ч:

1. Отримати теоретичн! та експериментагьт результат« s рухлиэост! дислокашЯ при рЬних температурах дослшжень в широкому aienMotii зовшшшх налру>.;ень у вихшних криеггалах креин!ю.

2. Визкачити etteprii дислокашйних конф1гураа!й, шо утворюються при взавыодн л дефектами на oaw^i рашше рсээинутих математичних ио-лелей.

3. Розвинути новий п!дхш до вюначення ф!зичного зм1сту част затримки дислокаций в положены старту, як! спостер1гйк>ться експериментальнс, таотримати для них анял!тнчниЙ вира.? для конкретного кристатичного рельефу.

4. Пояснити апл|1с металЬацп поверх ni зраз«а на кшетику утворетш парних перегишн га на динамику дислокащй в шлому за допоиогою аналпичних шркувань.

Наукова ноаааня робота.

1. Отрицаний аиал!тичний вираэ залежносг! в!д зовжшнього напруження енерп'Г утворення парного перегину для конкретного кристального рельефу на бездошшковШ д!лянш, на дефект! та енергн зв'язху лисло-Kauii з перешкодою, яка зда сн&загриыувати рух дислокаци на i рииалий час.

2. Запропонований копий niaxir. до тлумачення поняття част затримки дислокашй в позниИ старту, як часу, шо необх!дниЙ для нрогкнання окремих дислокашйних сегиаитш и ¡ж сильными перешколами, ям на-явн> в атмосфер! дефектов, шо оточув дислокашю.

3. Теоретично обгрунтовань коренева залсжн!сть швилкост! руху дисяо-кали шеля в1дриву в1д атмосфер» вш часу затримки П в положена! старту.

Вперше показано, шо япливаючи р!зними методами на структуру ат-мосфер'и, можна керувати поведЫкою дииюкаиН на наступи ому пгсля визривуеталЬ

fi. Дано теоретичне обгрунгування иллиеу метел ¡зац!1 поверхш на сж-нам!ку дислокашй в кристалах кромшю.

Прввтичаа ц{пшсть робети. Роэвинутий в робот! теоретичний шд-хш до част затримки як до час!в продолжения дислохашвю аткосфери, шо i'T оточув, та аиал!тичн! вираэи для них дають ыожлив1сть ошнити ко.ч-ичцтрашю та псгту»..и'сть бар'врт, як! эатримують дислркашю в положенн! старту.

Осюльки доведено, шо позьлшха лислокашТ на старт! диктуе i"i подал ьшу дьшзд'жу, то стае ыожливим здШснювати вплив на рух дислокашй за раху-иок змми стручтури атмосфер и.

Показана в дашй робот! коикуреншя зышнюючого i рогмщнюючого фак-Yopia впливу ыеталЬааи noaepxni на рух дислокашй в!дкривая широы мож-aMBOcri дяястворен»инових конструкшйних MaTepiajib з надерид эалаииыи

мехашчними властнвостями. Отримая! даш про вплив атыосфери точкових дефектов в теоретично» основою для в и бору структурного стану nsni-впров!дниюв э онтимальним комплексом мехажчних властивостей.

Знания мехажчних властивостей, зокрема пластичносп та крихкости на-твгтровшникових матер!ал!в ласть змогу Ыльш ефективно використовувати IX в приладобулуванш, сприятиме покрашены ю параметрш та тдвише: ню надШносп натвпров!дникових прилаяш та !нтегральних схем.

Особксткя внес»«. Автором «ксперимент&льно i теоретично доел шжено характер взавмодп дислокашй з локальними дефектами таI?вплив на рух дислокашй по кристалу.

Ви ведена формула эалежносп лтШного натягу дислокацп в!д глибинк прогинання u viw сильними перецжоявми.

Отриман! аналггичн! вираэи для виэиачения «иерпй дислокашйних кон-ф1гурал1Й, шо утворюються привзавмоди з сяабкими i сильиими дефектами та теоретично обгрунтовама коренева залежшеть швидкост! руху лислокашТ вш часуТТ затримки в гсоэгпшстарту, щоспостерчгалось автором експеримен-талъно.

AsTop вяхжцк1

— аигиптичж вираэи зал ежи ост! в!д эовшшнього напруження енерги утво-ренмя парного перегину на беэдомпцков1й л!лянц! дислок<ши, наточко-вому дефект! та енерпТ зв'язку лислокаап э сильною перешкодою, яка эдатна эатримати рух дислокадм на тривалий час.

— Honi фЬичш уявлення про часи затримки дислокацп в позици старту, ям поллгають в тому, шо э» цей час дислокаи1я не залишаяться нерухомою, а прогинавться м1ж сильними дефектами, ям нанвн! в атмосфер!.

— експериментально встановлений та теоретично обгрунтований факт, шо швидюсть руху дислокашй шелл вшриву вш атм^сфери точкових дефек-ti'b виэначавться линам1'чною повед!нкою дислокашй в шй атмосфер!.

— теооетичпе положения про те, шо р!зке зростання час!в затримки дио-локаии в позицн старту при металлами поверхк! зраэка пояснюэтъся эмшою структури точкових дефект, яка в!лбуваоться п!л час надо-лення.

Апробац1а роботн. Результата описаних досл!лжонъ м!стятЬся в опубл ¡ковал их прядях. Окр ем! частини роботи допов!дадись н* семшарах ! конференциях:

— на зттно-науковЮ конференип иикладач!п та сгулент1в, и. В1н;!иия, 1994 р.

— на Jipyrifl Всеукршнськ1й конференци молодих вчених, м. КиТв, 1995 р.

— на МЬкнародному сем1нар>, "Релаксационные явления в твердых тел ах" ы. Воронеж, 1995 р.

— на зв!тно-наухов!й конфергицп викладач!й, acr/ipaHTia, здобувач^в та студентов, м. Вшнимя, 1996 р.

— на XXXII сей шар! "Актуальные проблемы прочности", и. С.Петербург, 1998 р.

— на зв!тно-наукоз1й конференцй викльдач1в, acnipaHTis, здо6увач!в та студентш, и. Вшииця, 1997 р.

— на МЬкнародшй конференцй GADEST'97, Бельпя, 1997 р.

Об'ем роботи. Лисерташя скласавться Ь перелту умовних позначень таскорочень, в ст упу, чотнрьох роздЫв, загальния вискошаь та списку сико-ристаних лжерел. Робота викладена на 125 сторшхах тексту комп'ютериого набору, !люстров&на 31 рисунком I дьома таблиоями; б!бл10граф!я скла-давться ¡э 95 найменуваиь.

Структура дксертецГк В першому роздЫ огляду л!тератури скре-слено основы! етапи розвитку наукових дослшкень за даною проблемою та вкаэаш основы завдакня сучасних дослшкень. В другому роздал! наведен« детальн! анал1тичш визначення енерпй дислохашйних конфигураций в наближенн! достойного лшШкого натягу з врахуваннлм роль эфу ПаЯерлса. Tperift розд1л присоячений вивчгнню взавмодп лиспохашй з потужкими дефектами, яы златт загримупати рух дислокацп на деякий час, i механЬму 1х подоламня. У четвертому роздт! приведена сшвставления теоретич-них та екслеримелтальних дослшкень ЕзаемодП дислокагЛй з локальними бар'ерами. -

ШТВРАТУРКИЙ ОГЛЯД. ПОСТАНОВКА ЙАДАЧЕ.

Увесь експериментальний матер!ал з яослшкення руху дислокаций в кри-стглах, нгшопичений до ыього часу, свшчичь, шо в б!льшосп випадшв рух-лкв1сть дислокашй визначааться иробхшпсгю иолчланнл ними 6ap'spiB р;з-ного типу, починаычи шд дефекпв р-пптки i домшжових атокпв до ьоагу-лянт'в i частинок другоТ фази. Керування густиною, резпод'1лом га потуж-н!стю цих бар'ерш шляхом легування, опромтення, терм!чними та нехажч-ними обробками служить основою р!зних метод ¡в змшненкя кристалл чних матер!алт.

ЛоьгиЛ час вважалось, шо експериментаг.ьж результата ииач^ннл ди-HUiixM дислокашй в кристалах кчеишю д^бре лсчсгмються теоомю рухли-Ijocri дислокзлШ, побудозалою в райках мод ел! Пайсрлса-Иабарро, з враху-яздкям наявност! в регш'тш лишеслабких пере шкод ¿. ля парнях перегнию, шо

розб!гаютьсл вздовж дислокаци. В той же час вшсмо, шо наапъ сам! чист"' безлислскашйш монокриегали кремшю м1ст^-ть .гостатньо потужиi дефолти, оиникнения яких обумовлене конденсашвю и лагчич i домаикопих точксвгх яефектт. Крпл того, доел ¡ли показують, шо в кристалах кремтю при напруженных <г > 20 Мпаа10стер1га8тьсяд0брав!дп0в!дн1стьм!жексперимен~зм i теоретичними уявленнями про рухлив'кггь дислокашй по рельефу Пайер :са, зле при низьких напруженнях м1ж теор!ею i досл!дом виникають 4Kic.Hi та ыльгасн: розходження.

Схема врахування локальних перешкол, шо залропоновзда Петуховим та Сухарэвим, стосовно кристал1в э високими бар'врами Пайерлса,приводить при пезних значениях параметрт до тих самих коитролюючих рух яисло-к&шй механЬмш, шо й в кристалах э ниэышм рельефом решггки. Останна доводить, шо лля лостатнього загального розгляяу закояом'фнсстсй руху дислокашй в кристалах необхшно враховуэати ме тьчьки наявшеть слаб-ких перешкод, ям знижують середшо швидшеть руху перегннт, а fl iaiy-зання сильних бар'epic, зт<нення дислокашй з якими внкликаэ тривалу ла-тримку локально! дшянки дислокашйиогс оегменту. 8 зв'язку з цим необ-х'шно вкгзати на лошлыпеть критичного перегляду ран!ш отримаяих експл-. риментальних даних та проведения додаткових дооиджень, спрямоаалих на виявлення умов, при яких рух дислокашй в кристалах рЬних титв кон-тролювться единим механизмом лодолання локальних uenTpie закртлення. Сл1д в1лмтгт, однак, то до иього часу о багатьох праиях, присвячених доолджеиню дпнах»|ки дислокашй в кристалах з високими бар'врами Пай-ерлса, факт наявност! в них достатяьо потужних локальних перешкод майже ншоли не врахопувапся.

Н а думку Петухова та Макари силъ«им-и перешкодами для руху перегишэ на дислокаишх можуть бута або м1крояефекти, як1 налвш у DHxi-FHOuy мьг тер!алi теля пирошування i наступких термообробок, або комплекси точко-•вих дефектш, утворених зарахунок эбирання дислокашями домшок по кри-сталу та випадшня Тх я локальних шешьч рсиптки, а т&кож пороги на лне-локашях. В багатьох материалах початкову стад!ю повзучоепч пояснюють •пимушеною дифуз)вю дом^шкових атмосфер разом э дислокашэю пш д!«ю зовн1шнього напруження. Аяе, оск!льки дифуэ!я дом!шок вздовж дислокацИ енергетично випдн'пиа, то очевидно, шо тд д1вю невеликих прикладенмх напружень <г спочатку вьабуваеться перерозпод'1л точок закртлення, а вж» iiotim — вшрив дисл окапи в1д атмосфери, яка IT оточув.

Став вкрпй нсобх1Дним проведения роб!т по детальному бсэпоспредньому вивченню конф'|гур!ш11 дисл oKNiii та атомарно! структуриП ядра, Тх smIh nin лшю р!зних фактор'т та сптставлення я результатлми теоретичного ыае>

лювання з вихо.истаннлм БОМ.

В данШ робот! рух лислокша по кристалу розглядавться в райках пере-гинноТ мо лед! Пайерлсаз врахуванняч впливу окремих дом1шкових атом ¡а та. б1льш потужних перешкод на процес зародження та роэ&гання перегижв.

На ланий час в!домо тага чотири можливих вили впливу близькод!ючих точкових бар'ерш на динамшу дислокаций:

1. Парш перегини утворюються на беэдомшкових дшянках дислокаш! i

гальмуються точковими дефектами.

2. Парний перегин виникая в ы!сш энахолження дефекту, який перестав

д1яти як стопор.

8. Точков! дефекта не гальмують перегину!не впливають на Тх зародження.

4' Б!ля точкового дефекту гальмуються стар! перегини ! можуть утворюва-тись НОВ).

Можлив!сть кожного ¡з вкаэаних випадк!в буде визначатись потужшстю дефекту, зовн!шн!м напруженням, концентрашвю та температурою. Систе-матизован! результата дослшжень подано в таблиц! 1, в яюй умови ре-елиаш! кожного з иех&нгмт ¡¡зазиолИ визначеш через сптвшнотення шж часом роэ&гання парного перегину та часом його затримки наточкоаому дефект!, ймовфшстю зародження парного перегину на бездом!шков!й д!лянш . Jo та на дефект! Ji, де vao — швилшсть роэб!гання парного перегику в ¡деаль-ному кристал!, Ец — енерп'я зародження парного перегину на бгздом!шков!Я алянш, £— енерпя зародження на дефект!, Е\ — екерпязв'язкудислокаи!'! э точковим дефектом, с — концентрация точкових дефектов.

АНАШТИЧШ ВОД'ХАЧЕННЯ ЕНЕРГ1Й ДИСЛОКАЩЙНИХ КОНФ2ГУРАЦШ

Осшльки основьими характеристиками, яш ви-эдачають динамшу дисло-кашй в енерпя зародження парного ..¿регину ка 5ездошшков1Й дшянц! дис-локаии та на дефект!, еиергш зв'язку дисл окала з слабкою та сильною перешкодою, то необходимы стало виэначення анал!'тичного аигляду залежноси i'x в1п приклаленого налруження.

Лля визначенкя анал!тичних залежностей енерпй активаш! npouecie руху дислокаций тапроцесЫх вэмиоди з локальними перешкодами автором дано! роботи використовувався мтод розрчхунку р^еноважних дислокашйних конф!гурац!й в складному рельефа, утвореному стпьною л'1вю на дислокашю кристального рельефу та сили вэавмоди а локальним лсфекк.м.

Таблица 1: 3 меж men. швхдгос-ri та«нерт итявацн вад механюму яовгмода днсло»:кщ г» точковими дефектами.

I ] 2 3 4 |

Уковм ДНЖ 1

гууягпеинж сеЕ>/»Г j —D+Btt ce-nr" > 1 ceB,/tT w x 1 |

рЬякх "fa 1 > се—гг* < 1 1 > ее^т^ cez!№c- » 1

мехыпош»

Шяидвкггь t4oVSe-E/2kT t-„oe- W' v^ei-z-Wr

дчслоищп i

Емерги ып- Ei+E. в & E+Ei

•&KU PTiy 2 1 3 3

Оснопнi розрахункй проводились на оснош положень теорИ штегральних ртнянь та варг'шмйного числення, а також Ух эасгосувань з деяких роэгллах матемзтичноУ фЬики.

Визначечня емерпМ дислокашймих кинфн'урашй проводились в набли-женж поспйиого лш!ймого натягу э врахуванням син>-:оТдального рельефу ПаЯерлсата э використанням диференшального ршняння Ейлера-Л агранжа. 7!ля наближеного обчисленнп ¡нтегралш викорисгопувався квадратичний розклал синус УляльноУ функшУ. В результат! для енерг!! зародження парного перегину и а бездомицковШ д!лянш Eq, для eiieprii зародження перегину на дефект! Е т.ч для енерпУ зв'язку Е,в я перешкодою, здатною затримати рух днслокашУ, було отримамо анал!тичш залежносп Ух п!д Л = <т/сг^, де а - зопшшнз нгшруження, av —-налруження Пайерлса:

л(тс - A)(2ir - А) _ А^ 21Г - А + 2^(|г- А)|

О» \ I " J

К„(А) = а

2xirpab

2л

К(А) = а

2x(Tpab I Утг|

я — А)(2?г — А) _ А5 2* - А + 2v/IT(it - А)

-—In 2 я

(3)

Я„(А) ^ о

2xapab i

* I

„ тг(2»г - А) 4- Ау/Аж A' 4ir-A \ 2 +-4i---) «

Графики mix залйжн-чггей будувалнсь за допомогою ЕОМ i зоОражети на малюмках 1 3. Як видно а граф!к!в, для напружень, >iKi инкорпстоьуютъея

А

в екотеримегтахА е (0; 0,1) колнь ¡э останшх трьох залежностей може Сути а апроксиысвгша. лшШною функшвю, зручкою для користування. у. ей Е, еВ

0.1 Л

Рис. 1. Зшносп мер»ц ыредамш

шаряоео трепа/ «» ИипишшиК фишу яжтгти »и оомЬмшмо кляр;тш а 1й|стии «¡кшш.

0.1 А

Р«с. 3. 8»ж»«асть «мрш ояроцмпм тршт третий/ ю дефояп ыд вою)¡шяигго хмргжчпжл а (рютии врвкхЬо.

ВЗАвМОДШ ДИСЛОКАЩЙ О ПОТУЖНИМИ ДЕФЕКТАМИ

У виладку «алвносп у матерш! сильних перешкод обов'язковий пронес вигинання дислокашйного сегменту «¡ж ними.

3 дшШ робот! пропонуаться такий мсхажзм руху дислокашТ в иотеншаль-иоиу рельеф} Лайерлсаприсумюпй диполязовшшжхнапруженьта локаль-них перешкод: нрориваючись через атку слабких точкових дефекпв шляхом утворення та розб:гания парних перегшпв, яисл окатя зависае на сильному стопор!, утворюючи ПО 0бИДй1 сторон И ШД нього скупч синя перегинм, яю зкушеш рооти и!л д'ю.ю зовшшньо: »налруження, перетворюючись 13однопо-всрхових в бага»опсв<;рховиг1 надперегин нисотою Л'а, де а - перюд реиптки, N - юльюсть таких перЬяш (рис.4).

Результатом такого проиесу буде утворення диполя гпиптоичх дисло-кашй, и ¡ж якими ы'юпт.ся бар'«р. Осшльки п кристалах при висоюй тш-пср^гур! еиерг'шпоперчного ковзышя менша за енерпю шших видш руху, то {Ыотрно, шо гвинтов'| шляпки встугь.ять в проиес поденного поперечного коьзаннл ) ани1плюють вжр. в плошиш, яка парапельна т!И, и ямй знахоли-ВСя бар'вр. В результат! цих прэиесш перешкола буде подг-лана, а на 60° -ш£ лмлнш дислокшП утворигься дьи великих схолинки.

2

Е„, ф

5

Р*с.-3. Зале*теть еиерги ов'и»7 дкяо- Р«с. { Упор««** Н-яомрхпшго

"К" о спши дефекты нд оо»лип»ього «адкеретка} пп&пгоу ошш игреа-

яахружеяиж ■ тристмк «рент». *одя.

3 врахуванням того, шо точки закртлення розт&шоваш гкВ1листаятно, тобто па сегмента мають однакову довжину ! м!стятъ р!вне число перегиша N, ям «лавмодпоть шж собою, лшШний натяг буде вирлжений через в1я-стань м1ж перешкодами Ь, яку можна визначити з експеримент:в, та кут н»-хилу дислокашТ, який эрсстатиме тл дЫю зовшшнього напруження

/3 , £ятр + 2аЧ к ----I - + 1п-I .

4тг \2 2 а* )

Числов! ошнки лЫйного натягу за лапою формулою привели ло зна-чення, близьксго до СЛ3/2, яке 1 вихористовувалоо при подагьших розра-хунках.

СШВСТАВЛЕШШ ТЕОРЕТИЧНИХ ТА ЕКСОЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛ1ДЖЕНЬ

взасмодЯ дйслокащй з локальнимм

БАР'вРАМИ

В реальних кристалах навколо днслокацМ, як правило, утворю-отъел дом1шков1 атмосфери, лш п значшй м1р1 визна«аютъ линамнеу 1х руху. Утворения атмосфер обумовлене пружною, електричною &5о х1М1Ч1гатэ взавмодшми дислоктп'й э дом!шковими атомами, Атыосфери схладоотъся з дсфект!в разного роэмфу I потужност!. Яолаючи слабк! порога коля з яэ-помогаю терм1чних флуктуашй, дислокмпя вигинаятъея м1ж сяяыашя (йз д1вю эовк1шнього напруження <у. При суы1ся)й д!Т напруження та тяи№>}»-тури Т вздопж дислокашТ вшбуваотъел дкфуэш дом!шкових атом!а, £Э ТЭГЭ

ж, др!бшш! э них намагаються дифундувати до крутиших. lie приводить до збмьшенк.. довжини в!льних дислокашйних сегментов i полег шуе умови вшриву дислокаций в!д домшнсвих атмосфер. Тому при не луже великих на-пруженнях i температурах напроце:яшкр|плення дислокашГвгб домипковоУ атмосфери потрШний деякий час, названий експериментаторами часом за-тримки.

В даному роздш роботи пропонувться новий пшхш до тлумачекня по-няття част затримки дислокашй в полсженн! старту.

Часи затримки на початковому-еташ перем1шення дислокашИ довгий час експериментально досл1ажупались лише на кристалах з достатньо низькими бар'ерыш Пайерлса, де, як ц'шоио, рухлишсть дислокаиШ контролювтьсн процесами подол ання ними локальких бар'е/лв, пов'язаних з комплексами точкових дефектов. ■

Експериментальн! залежност! серслньо! довжини npo6iry дислокашй I в!д часу нааантаженнл t в облил! малих нал ружей ь в крисгаиах кремн!ю представлять собою прям! ?(<), як! зсунуп вэдовж oci I на деяку величину, яка ф!зич»о означав час затриаки 1, дислохаип в позипп старту. Л ¡Ясно, мшро-CKoni4Hi досл!дження поведшки дмслонаиН за час наоантаження t < t, показали, шо дислокаи!я аздишалась на Micui, тобто ? = 0. Тому довгий час вважалось, шо при t < t, лк^лок1\й!я нерухома. Оск!лыш доел ¡ли проводились при 1Сонкретних температурах i зовжшжх навянтажеинях, го викликав сумшв, шо дислокашл абсолютно не рсагув на так! досить сильш зовшшш факте ри впливу.

Автор дано!' роботи вислонлюы г!погезу, то б!льш реальною в картина, ноли на дислокздм за час t < t, тд Д1эю vмператури починають утворю-ватись, а шл д!ню зовжшнъого навантажьння - роэбп атись парь! перегини, перекидаючи дислокашю в наступну долину Пайерлса. Dei др!бн! ючков! дефекти атмосфери, яка оточув дис-окашю, при цьому долаються легко з до-ломогою терм!чних флукгуашй. Але, зустртш" сильний атерм!чний стопор, перегни эупннявтьел перед ним на довгий час. За пей час на дмянш L (в!д-сгань мЬк сильними перешкодауч) встигають ?ароджуватись Honi перегини 1процеспродовжуетьсл, доки мик^вомасильними бар'ераминеэаииснедис-локашйна петня глибиною Na.

Експерименти, проведен! на виу.'шних зразках "кремн¡ю, покапали, що швидмсть руху дислокалП Oj nienfl зриву ъ сильних дефектов заложить вЬт часу затримки t, на ьих (рис. Ь), до того ж експериментальна крива vj(\/la) добре описувтьсч залежшетю

и

де К'.>ефш1е нт А заложить aU температури.

В«аЛ\а!ОЧИ, 1-10 ШВИДКНГГЬ КПКроруХу ДИСЛОКашТ V, ШД Час П ПрОГИНаПН.Ч виражач; •.с, формулою v, — отрицаемо, шо м1ж двомашвндкостя.чи,

що розп )д.ч.о:ьо1, ¡снуя коренева зглежшсть. Пей факт теоретично колена пояснив, ¡снуваннлм двох клпелчних формул дчл иыилкостей дислокашЯ «1 = а.71, — ял/1 коротких дпелокашймих сегмент!3, лс £ я в^станню, яку пробна« парний гтерегин до аншпляиП з зустр!чним 1 1*2 ~ афШОУ—для яовгих дисликашйних сьгиенпи, де и„0 в швидшетю ро_ю'!гашш парного перегику и ¡леальнсму крнста/п.

Веручи л*' увти тлх)д, рс-аяинутий Лстуховим до питания про вплив слабких стопор» на рух довгих диг.локашй 1 псв'язуючи поведшку дисло-кашй до I теля Ылриву в)л агмосфсрм, дли гальмшного впливу лефенчш мз/змо;

«2 =

»ЛГ<"-'а г- , WnoiVc»

----x/tíj або v3 = а. --—.

> Cato \ Coto >

f' (5) •a

шо й тдтверджуэться експериментальними графшами.

Теоретично зростання перелкореневого коефщ1енту в осганнМ формул! з ростом температури можнапояснитизменшенням параыатр!в Оотаэбиьшен-ням са. Д1йснс, з ростом температури за рахунок зб1льшення швидкост! ди-фуэп доммикових атошн до дислокахш або Тх укрупнения, 1х кониентрашн в об'вм1 крисгалу дещо зменшуеться, в той же час концентрашя Тх в атмосфер! с а зростач.

Яхшо врахуваги, шо час затримки на сильних перешкодах пов'язаний э Тх потужшетю (енерг этичною . и сотою Е,в;, то отримаемо теоретичну эалеж-•■•¡сть, поелнання якоТ з експериментальною дасть змогу ошиюв&ти глийину прогинання дислокашТ м1ж сильними переш нудами та Тх енерпю эв'яэку э дислокашшо

Е„ = £Ъ ■+ Я, - кТ 1г. (б)

МИ!»

Автор вважав, шо для знаходження ¡стинного значения енергн зв'язку дислокашТ з сильною перешкоаоюнаа = Отрсбаекстраполювати самев1тку грьф'та Еахт{а) при о < <тт,л, харакгериэувтьсч сильно з залежн!стю в!д О. У нашому випалку, коли е анал ¡тичний ем раз лпнйну частину

эалежкосп (3) можна апр'жеимува'ги у вигляш формули

(о улЛ/т

=—^'(3,57 - 0,ЭЛ), (7)

ЗБ1ЛКИ еиерпязв'язку з сильною перешколоы л ля буль-якого ыатер!алу Суде визначаш»..умовою А — 0.

3 формули (3) при А — 0 матимемо Е31 = 4,1) еВ. М.чйже гаке ж значения для енкргнзв'язку отримуемо з формули (6), ле En — 4,4 еВ, а Е\ — 0,5 еВ — типове значения енергп зв'язку э слабюши перешкодами в кремни. От-риыаш автором аезалежно один в ¡л одного двл шшакэвих. значения Е„ добре узголжуються э числовим значениям енерп! зв'язку лислок~иш з сильною перешкодою, отримьним Фарбером, у якого E,t = 4,8 еВ i п1дтверджу-ються прилунениями Петухова про те, що перешколи, адатш затримати дис-лохашю в пол ожени i старту, иають енерНю зв'язку, значно б1дьшу за енерпю утвореинл парного перегину.ТерыЫний в!дрив дислокашй вш атмосфер розглядався такожтеоретиками Х!ртом та Лотте. Ними зверталась уваганг аномально велим .значения енерги актив anil цього процесу. Малипким для ковалентних кристал'т спостер!галось значения Etmi = 3 — 4 еВ.

Аналогична залежисть (3) енергп зв'язку вш зовншнього напруженьл в слабкою, в той час, дк екслеримент&лыго спостер!гавться рЬке падения IV ¡з значеннл 4,9 еВ яо 2.2 — 2.35 еВ при эб^ьшенш а вш 0 до <rmeK- Ue говорить про те, шо прсцесом полол ання дислокашею перешкол пш д1эю зовн!ш-нього напруження та температуря керуе мехашзм, здатний рЬкозменшувати енерпю вшриву. Таким мехашзмом, на думку автора, може бути процес пе-рсповзання та подобного поперечного ковзання, який детально описаний в •гопередньому роэдш, i який значно зменшуе енерпю н'шкршлення.

Пштвердженнямтого, що дисл окаш; теля прогинання долаюгь сильшпе-решкоди саме шляхом поденного поперечного ковзання, е наяшпеть на л ¡ни лислокаимкрутих зламш i сходинок, як! спостер1гаютьсяна дислокашях, ви-велених в положения старту.

Сл!д також вишггити, шо Коренева залежшеть м!ж швилкостями v2 та спостер!гавться лише при значних 1г. Очевидно, шо при великих а та Т час з&тримки прямуватиме до нуля, a Vj наближатиметься до деякого значения r| = const. Тобто за таких умов лислокашя майжс. не вшчуватиме впливу дефект1В i it pyx буде характеризуватись деякою кпшевою швилюстю, яка визначавться cHcprieio утворення парних перегишв. Саме цю швидк'ють фж-сували таклж автори Бонларенко та (Пютснко для надто довгих дислокашй (L > ЗООмкм), для яких i3 = 0.

Для метал1зованих зразкт, як показують експерименти (рис. 6), теж слралджуаться зал^жжеть (4), але 1х поршилнкя ¡з пих|дчими говорить про те, шо метал ¡эаш'л значно зменшуе енерпю актииаии, a t,M зал ежить в'|д ьиду гтокриття i в!д Кого тоыцини.

Змешисин/! Eimn руху на леяку виличину ДВ при Mcraniaauii говорить

про iiri/Ti ть пронесу розмшнення, який:часто criocrepirasTEca в пристала* з високны pt-лъчфом Пайеглса, зонргыа. ь кристалл* лоемшю при' легуиаши атомам., метит. кчс' •:

if.-.'O

'1

Ргс.5. Зааежxüc«v впцдмкт* v> й8л юреш шграпом о ойсра» it агчяях д» тжсу шрши у «rri»-Е*Х HfMcrnai tpooi» ор» 1 — Г =

Si3Jf;2-r = S71Jf.

Ршел. Змпикт iiniwri »j

кирек* ЗР1ДР*ТК«С* о ofcpwral М-

огш1 до часу «трши двя ор«а— iIB «ptapniir» г» ш>«|иггт»ы mW ' - Т

82ЭЯГ; Х-Г = 8TIK{ 3 -Т- »23К.

Осмльки енергш -ип-ипаш) руху сислокашй в приставах нал1апрошднн;ца визначаяться в основному енерпвю ßo/2 утчоренкл оарних перегшиа, то напрошуеться висновок, шс» метал ¡зашя вплаван саме на Ец, зменшуючи П за рахунок локального понижения рельефу ПайерлсаЗбшьшення швидкосг! Via э зб!льшенннм атом!в металу в об'ом! христалу c&i, яке передбачаеться теоршю для розмшнюючого нпливу домйиок, при иьому не спостер'|гааться. Па пояснювться тим, то при больших часах аалиження, за рахунок штен-сивнниоТ лифузп взДоаж ядра лислокашТ, стопори ha старт! ста.оть потуж-н;шкми, вЬсташ м1ж ними менич, що все разом эначно 2б1лыиув t.,M, яке i диктуе полэльшу швидшсть лислокашТ vz»-

Змечшення енсрп'Т Ец у мнтасЬованих эразках говорить про те, шо пере-гини мароджу ю .ься саме на атомах металу, як! продифундунали в глибину зраакашд часналилення. При цм»<у,якшопрахунаги концрнтпшпю caij'i-ков их дефектна, ям проникли и кристил п!д «ас четал^аип, то швидкосп t)je та V(m У зр аках э металЬовшмми ь^криттлми -«апишуться у вигляш

сла

чр{~(£1 + Б)/* П

(8)

„гл= Ь.)/2А;Г}. (9)

С,1

Л;.л часу эатрички в полсжечн! старту матимемо-

Ыа Ыа1 с. + ,1П,

*»- = —" = „ г . ехр{——(10)

Зниження швидкосп «г* поршняно з V}, яке спостер!гавться в експеримен-тах погфи зменшення енерги актиьаш'У, може пояснюватись також гальму-ючим впливом злам!в та схолинок, як! утворились на. дислокашУ пш час про-холження процесу подвШного поперечного ковзання, який в одним ¡з можли-вих мехажзмт подолання дислокашею сильних атерм!чйих стопор!в.

Очевидно, шо чИм бйьший ч&сиапилення.тиы б!льшатовшинапокриття I тим 61льше атомт прсцифундують ! осядуть на дислокашУ у вигляд! окре-мих точкових дефектш абоУх комплексш, яш под!лять лЫю дислокашУ нашс, коротан вшрЬки Ьо. Отже, за рахунок одночасного збмьшення концентраций дефекпв в атмосфер!! зменшення в!дстан! м!ж Ух скупченнями час затримки р!зко зоостан. Т1ри певжй товшин! А вшбуваеться насичення атомами ме-талу! тому подальше налил кшання! зб!льшення товшини покриття перестав ппливати намехажзм в1дриву ДислокашУ в!д атмосфери.

Пор!пнюючи формулй (9) I (10), можна записати

а

V*, = — со

ЬцСцм ^

Т1-, (11)

■а*

де, як показують експерименти (рис.6), передкоренсиий косф1шынт теж зро-стао з ростом температури, але значно повшьжше, н!ж у иихЬших кристалах

КрСМН1Ю.

Шлтперлжона експериментами залежшеть (11) сылчить про те, шо хоч п кристалах з металепими покриттями атоми металу сприяють зароджешпо перегинш, локально понижуючи пайорлсшський рельнф, ало нирмчальний вплин на линамжу дислокашй гнеля жлрину шд атмосфери мак с-шо структура щт атмосфери, тобто кшшентрашя та гютужшеть сильних пгрсишпл, шо оали навколо дислокашУ.

Подальший розииток ггоретичних та екснериментальних дослшжсш. шоло вплипу металених покричтш на линамн<у дислокашй н кремни дасть змогу краше зрозум'ти природу фЬичних процесш, ню в1лбупак> п.сл и таких кристалах, а, отже, 1 м<>жлив1сть корупати Ух фЬико-мг-хашчпнми пластипс-стями шляхом мотал¡г-*-алГ1.

Вжсноави.

1. Роз^инуто ноеий пьахш до поняття Hacia затримки дислокашй в поло-женн! старту, як до часу прогинання дислокаш! мЬк сильними перешкодами на деяку кригичну глибину шляхом утворення надперегину.

2. На ochobí анализу експериментальних досл!джень встаиовлена ¡ теоретично обгрунтованазалежшсть швидк ct¡ Vj дислокацп шсля вшриву в1л атмосфери точковиих дефектш, шо затримують ТТ в стартових позишях, ni л часу затримки. В результат! иього одночасно знайшли свое примшення дв! хласичн! теорстичн! формули для визначення швидкосл дислокашй; для ви-палку, коли швидшстъ зал ежить вш довжини дислокацп, i для випадку, коли швидшсть дислокацп визначавться процесами аншпляцп перегишв.

«. Анализ експериментальних результата, виконаний на оснсян представлено! в робот! теоретично! модел! процесу вшриву дислокашй в!Д атмосфер точкових дефектт та процесу Тх подальшого руху, дозволяв шль.к!сно визна-чати шлий ряд мжроскошчних параметров, ям характеризуют»! пронеси за-родження полвШних перегишв в кристальному рельеф! та Тх взавиодп з м!-хродефектами в кристалах.

В робот! методом знаходження енерг!й ртноважних дислокашй-ких конф!гурашй вивелен! формули залежност! вш зовн!шнього напруження eHi prii з&родження парного перегину кабездом!шков!й д!лянш; на дефект! та енергн зв'яэку дислокацп з перешколою, яка здатна затримати лислокашю напезний час.

5. В робот! показано, шо зм!на складу i структури дом!шковоТ атмосфери, яка оточуа дислокэи!ю, диктуе подальшу повед!нку дислокаш! теля в!дриву в1д u!я! атмосфери.

Ú. Показгло, шо у кристалах з високим кристатпчним рельефом вагомий вклад в линам!ку дислокац!й вносить потужи! дефекти.

7- Эроблено висновок, шо для визначення енергп зв'язку сильних перешкод здкслокашвю неможнакористуватись екстраполяц!вюграф'1чкоТзалежност! енергн актиэашТ руху дис;н>кашй на нулеве значения зовшшнього на-пруження <т, осх!льки при а -» 0 мають Micue дешо !нш! мехашзии руху ! Еакт при цьому мусить PÍ3K0 зростати. i! л я визначення такоТ енергп в ланШ робот! залропонована формула, зручна для користування.

В. Показано, шо не зважаючи на ллибоке прогинання лисло' чшйноТ петл! м!ж сильними перешкодами шляхом утворення та poaOir.uiim велико! мль-кост! елементарних перегишв, прахувал ш Тх вззододп мЬк собою приводить до значения лшНЫого натягу, яке сла( . зал ежить в1д глибкни прогинання. Ое лае змогу пров.шити аналпичш досл!лження в набли.пенн! поспйного лнпйного натя!'у.

В. На ochobí роэроблено! модел! пояслене олночасне ¡снувшия змшнюю-чого та роэмшнюючого вплив!в металевих покриттш на динэмжу лисло-кашй в зразках кремнпо.

Основний OMÍCT десертам!! бпубл1ков«ио в працях:

1. Зузяк П.М., Колом'шць A.M. Чотири ыехашэми взавмоди дисло-кац'п з слабкими стопорами та умови i'x реаяЬаиП// Bíchhk Нчтського ун'терйитету.-Ки1в.-1995.-С.337-340.

2. Коломшиь A.M. По питания про можливий механизм подолання дисяо-каи'шми перешкод в ПШ металах// Bíchhk КиТвського ушверситету.-1995.--С.341-345.

S. Макара В.А., Стебленко Л.П., Колоыюць A.M. Теоретичш доел ¡джеиня впливу металbauil на динам!ку лислокашй в крисгальх кремшю. // Bíchhk КиГвського ушверситету.-1997.-С.324-330.

4. Макара В.А., Колом1вць A.M. Енерпя эародження парного переткну с кристалах кремшю. // Bíchhk КиТвського унтерситету.-1997.-С.292-296.

5. Колои'тиь A.M. Про можливий мехаЫэм подолалня дислокашями сильних перешкод в П1К сплавах// Прац! Лруго! Вс.еукра1нсько1 конферен-uil мололи* вчених.- КиТв, КиТвський ужверситет ¡меш Тараса Шевченка,

1995 - С. S6-93.

в- Макара В.А., Стебленко Л.П., Коломиеи А.Н. Экспериментальное и теоретическое изучение процессов взаимодействия коротких дислокаций с примесными атмосферами в кристаллах кремния// Тез. докл. XXXII семинара "Актуальные проблемы прочности," посвященного памяти В.А.Лихачева, 12-14 нойбря 1996 г.,-С.-Петербург.-"199б.-С.129.

Т. Зузяк П.М., Колом1вдь A.M. Про два вили н&йефектившшого впливу точковихлефектшнарухлислокашТпорельвфу Пайерлса//Тез. доп. sbítho-наукопоТ конференш! викладач>в та студентов за 1994 р.-8тниия,1995,-1995.-С.59-60.

8. Зузяк П.М., Коломиец А.Н. Энергия активации движения перегиба через точечный дефект//Тез. докл. Международного семинара, 5 8 сентября

1996 г.Воронеж, 1995 - С.40.

0. Коломшиь U.I., Коломшць A.M. Повднання моделей як зааб до-слйскення взавмоди лислокашй з сл&бкими дефектами// Тез. доп. 3b¡tho-науковоТ конференцп викладачт, aaiip&htíb, здобувач!в та студент!». -Вжииия. 1996 - С.50-61.

JI

Колом!гць A.M. Взасмоди дпслокащй э точкав ими та биъш по-тужи'мш тальни-ии дефектами i ¿1 вгмиа ия рух дислокацШ б кригта-аох Kpt:.4Kix> (рукопис).

Лисертчшн на. здобуття наукового ступеня камдилата ф13Ико-«гг|ч у 1ГНЧН11Х наук за спешальжстю 01.С4.07 - ф:зика твердого ила. Ки:вськнй м'Ьзсрситвт ¡мен! Тараса Шевченкэ., Ки'/и, Украша, 1S97.

В npaui нинеяен?. формула залсжност! енерги активацц зародження парного перег'ину В1Д зс.вшшнього ианруженнл ппя крис.тал1в з синусошалышч репьофом бу'ль-якс!' висоти. Розглянуто вплиг. дефяпчв наенерпю активалн зародженни парного перегипу.

Екснеримснтальчо вилалена i теоретмчно проаналвована квадратична аалемшсть шемяко-т! дислскаап зш часу затримки i'i а псэиш! старту.

Розгляиуто вплив то«кових дефектов на есерпю активаци руху дислокаций з кристалах кремнпо э твердофазними метал езпми пскриттями

J^L'iB! дислокация, точковий дефект, метал эве пскриття, крем-гмй, дошшкояа атмосфера, енерпя актипашТ.

Хо.т*мне.ц A.M. Взаимодействие дислокаций с точечными и более мощньши локальными дефектами ч ее влитие па движение дислок:г:-лй з кристаллах хремниж (рукопись).

Диссертация на соискании ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности iU.04.07. -- физика тзердого тела. Киевский университет имени Тараса Шевченко, Киев, Украина, 19;17.

3 работе выведен а формул а зависимости энергии активации образования парного перегиба от внешнего напряжения для кристаллов с синусоидальным рельефом любой высоты. Рассмотрено влияние дефектов на энергию г.ктиБапии рождени.; парного лерегиба.

Экспериментально обнаружена и теоретически проанализировала . иа,-лратмчная зависимость скорости дисслокации от времени задержки ее в положении старта.

Рассмотрено влияние точечных дефектов на внергию активации движения яисслокалий в кристап пах кремния с тпераофазными металлическими покрытиями.

Ключевце слова; дислокация, точечный дефект, металлическое покрытие, кремний, примесная атмосфера, вкергия актииации.

Kolomlets A.M. The interaction of dislocations with point and mors powerful local defects and it» influence on dislocation movement» in silicon crystals

(manuscript).

Thesis for the degree of Candidate of Science ■(Physics te Mathematics) is presented as manuscript in Solid State Phisics - 01.04.07. Kyiv Taras Shevchenko University, Kyiv, Ukraine, 199?.

A formula of the dependence between the double kink nucleation energy and outer stress for the crystals of a sine-like relief of any height. Inlfuence of defects on the activation energy of the dual kink conception are concidered. Possible causes of the activation energy decrease In the dislocation mobility in the n-Si crystals with solid metalic coatings are discussed.

The root dependence of the dislocation velocity on the delay time of dislocation in the start position was revealed experimentally and analyzed theoretically. Hie influence of point defects on the double nudeation energy in Si crystals with solid metal coatings is discussed.

Keywords: dislocation, point defect, metal spraying, silicon, impurity atmosphere, activation energy.