CC BY
32
УДК 537.9
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ Аи, ИМПЛАНТИРОВАННОГО В УСЛОВИЯХ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ В КРИСТАЛЛАХ ^С1
© Ю.А Кочергина, В.А. Федоров, Д.А. Колесников
Ключевые слова: ионный кристалл; малоразмерные структуры; термоэлектрическое воздействие.
Методом анализа спектров характеристического рентгеновского излучения для определения элементного состава определено распределение имплантируемого в щелочно-галоидные кристаллы металла в условиях термоэлектрического воздействия.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование поведения диэлектрических материалов при различных внешних энергетических воздействиях является одним из значимых направлений развития физики диэлектриков, входящих составной частью в фундаментальные исследования физики конденсированного состояния, которые направлены на решение важной задачи - установление взаимосвязи физических свойств, процессов и явлений со структурой материалов, ее особенностями и дефектами.
Цель работы - определить распределение металла, имплантированного в кристалл и установить морфологические особенности поверхностей кристалла после термоэлектрического воздействия.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Проведены исследования элементного состава (рис. 1) кристаллов с имплантированным металлом в условиях термоэлектрического воздействия.
На рис. 1а приведена частица вещества в вершине полости. На рис. 1б, 1в распределение элементного состава вдоль линий ab, cd соответственно, измеренное на растровом ионно-электронном микроскопе Quanta 200 3D методом анализа спектров характеристического рентгеновского излучения для определения элементного состава образцов. Видно, что наибольшая концентрация Au (для распределения по линии ab) наблюдается на фронте движущейся в кристалл частицы, достигая 26 At % (для линии ab). Непосредственно в кристалле концентрация Au снижается до 2-3 At % на расстоянии порядка 5 мкм и сохраняется в пределах 1,52 At % вплоть до поверхности, ограничивающей кристалл. В пределах частицы концентрация Au имеет неравномерное распределение (рис. 1в). Качественно характер распределения не меняется и в направлении [110] (рис. 1а, 1в). Максимум концентрации Au также наблюдается на фронте малоразмерного образования, достигая значения в 17 At %. Содержание Au в кристалле имеет тенденцию к снижению до 1-1,5 At %. Кроме того, происходит увеличение концентрации матричного элемента - Cl. Нарушение стехиометрического соотношения с увеличением анионного компонента наблюдается на расстоянии ~20 мкм от границы
частицы, образующейся при термоэлектрической имплантации Au.
О 20 40 60 80 100 120 140
О 20 40 60 80 ЮО 120 140 \
d. МКМ
О 10 20 30 40 50 60 70 80
сі50 4 ^ г
1------------------------------
О 10 20 30 40 50 во 70 80
А>Чо
о 4—•—і—■—і—■ і ■ і ■ і ■
О 10 20 30 40 50 60 70 80
СІ, МКМ В)
Рис. 1. Имплантация Au в №0 при термоэлектрическом воздействии: а) частица вещества в вершине полости в №0. Линией ab, cd отмечен участок исследования элементного состава; б) распределение (в At %) вдоль линии cd по направлению [001] основных элементов в кристалле №0 после
имплантации Au; в) распределение химических элементов
вдоль линии ab по направлению [110]
1689
Характер распределения матричных элементов и Au в приповерхностной области частицы для направлений [100], [110] качественно совпадает, что говорит об эквивалентности концентрационных изменений в приграничной области образующейся частицы по всему объему повышенная концентрация Аи в кристалле сохраняется и после прохождения частицы по каналу (рис. 1).
Из графиков видно, что на протяжении всего участка (линия ab) содержание Au (рис. 1б) остается постоянным в пределах до 2 At %.
a в
•A" /
*
Ф
а)
б)
Рис. 2. Диффузия Ли в кристалле №С1 под действием тепловых и электрических полей: а) участок измерения элементного состава отмечен линией аЬ; б) распределение химических элементов по линии аЬ в направлении [001] - б); стрелками отмечено образование пор
Наряду с изложенным, обнаружено появление пор (рис. 2), образующихся в приграничной области по мере продвижения частицы в кристалл под действием тепловых и электрических полей.
На диаграмме (рис. 3в) показано процентное атомарное и весовое соотношение химических элементов, которые образуют частицу вещества в №С1. Для исследования были выбраны области, отмеченные цифрами (1, 2, 3, 4) на рис. 3. Видно, что содержание Ли повышено на границе частицы с кристаллом, что соответствует предыдущим исследованиям.
Морфологические изменения поверхностей кристаллов с внедренными металлическими частицами при термоэлектрическом воздействии обусловлены протекающими химическими твердофазными реакциями, а также процессами диффузии.
te* ч Х"* г ч і
?. . о1
vW 50 нкм \ 4
а)
в)
Рис. 3. Диффузия Au в кристалл NaCl: а) поперечный скол (010) полости, образующейся при термоэлектрической имплантации; б) структура металлического внедрения; в) сравнительная диаграмма атомарного и весового содержания элементов зоны металлического внедрения (области исследования отмечены цифрами 1, 2, 3, 4)
ВЫВОДЫ
Показано, что в результате термоэлектрического воздействия происходит имплантация металла в кристалл, сопровождающаяся образованием за счет твердофазных химических реакций новых фаз. Содержание металла в объеме кристалла достигает 1-2 At %, что может приводить к изменениям как физических, так и механических свойств.
БЛАГОДАРНОСТИ:
1. Часть исследований проведены с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием БелГУ «Диагностика структуры и свойств наноматериалов».
2. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 12-01-97519 р_центр_а).
Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.
Kochergina Y.A., Feodorov V.A., Kolesnikov D.A. STUDY OF DISTRIBUTION Au, IMPLANTED IN THERMOELECTRIC EFFECTS IN CRYSTALS NaCl
By analyzing the spectra of characteristic X-rays to determine the elemental composition is determined by the distribution of the implanted in alkali metal halide crystals in thermoelectric effect.
Key words: ionic crystal; small-sized structure; thermoelectric effect.
1690
