Немонотонные изменения микротвердости ионных кристаллов, индуцируемые низкоинтенсивным бета-облучением Текст научной статьи по специальности «Физика»

СЕКЦИЯ: ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ФИЗИКА

НЕМОНОТОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МИКРОТВЕРДОСТИ ИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ, ИНДУЦИРУЕМЫЕ НИЗКОИНТЕНСИВНЫМ БЕТА-ОБЛУЧЕНИЕМ

© А.А. Дмитриевский, В.Е. Иванов

Dmitrievskii Л.А., Ivanov V.E, Nonmonotonic exchanging of ionic single crystals microhardncss, Induced by low flux of beta-irradiation. Nonmonotonic exchanging of NaCl. Lil;, KCt single crystalss microhardness, induced by low flux of bcta-i(radiation are founded.

Физические свойства реальных кристаллов во многом определяются качественным и количественным составом структурных дефектов, среди которых значительную роль играют радиационные дефекты (РД). Более чем полувековые исследования в области взаимодействия проникающего излучения с веществом привели к построению последовательной теории радиационного дефсктообразования. позволили идентифицировать большинство РД и описать возможные кназихимические реакции между ними в самых разнообразных материалах. Согласно сложившимся представлениям. величина эффекта монотонно возрастает по мере увеличения дозы облучения. Следует обратить внимание на то. что подавляющее большинство исследований были выполнены в области умеренных и больших дог. Однако в последние годы рядом независимых научно-исследовательских коллективов были обнаружены эффекты немонотонного изменения физических свойств (механических характеристик) различных объектов, индуцируемые низкоинтенсивным облучением [1-3]. Природа подобных явлений остается невыясненной. В качестве «модельных» объектов исследования удобно использовать щелочно-галлоидные кристаллы. И соответствии с этим целью настоящей работы являлось исследование изменений микротвердости кристаллов №С1. 1л Р. КС1. индуцируемых низко и нте>) с и в н ы м бета-облу чен ием.

В экспериментах использовались монокристалли-ческие образцы ЫаС1:Еи, ЫР:1У^. КС1:СаСОл размером 7*2*5 мм. Облучение образцов производилось с помощью плоского источника типа 1СО на основе '108г+,)0У с интенсивностью / = 10б см V1. Флюенс не превышал значения 1.1 -1012 см 2. Тестирование микротвердости Н по Виккерсу осуществляли на стандартном микротвердомере ПМТ-З при комнатной температуре в слабом красном свеге. Нагрузка составляла 0.2 N1 время нагружения 10 с. Каждая точка на графиках является усреднением 15 отдельных измерений диагоналей отпечатков.

Обнаружено немонотонное изменение микротвердости монокристаллов 1/|р, 1МаС1. КС1 по мере нарастания флюенса (рис. 1). Для всех трех исследуемых типов

кристаллов характерно наличие двух максимумов изменения микротвердости с промежуточным восстановлением // до значений, близких к исходным. Качественное сходство зависимостей микротвердости металлических фольг [I]. кремния [2]. арсепида галлия [3[. а также ЫР, №С1 и КС1 от времени облучения свидетельствует, по крайней мере, о частичной общности механизмов наблюдаемых явлений.

0,125 -

Time t. It

100 200 Time t, h

Рис. 1. Зависимость микроткердосчи монокристаллов Lit- (а). NaCl (b) и KC1 (с) от времени облучения бета-частицами с интенсивностью 1= 10” см“2с“'.

При облучении в кристаллах генерируются первичные РД - пары Френкеля. Часть из них исчезает в результате взаимной аннигиляции. Разделившиеся компоненты пар Френкеля способны мигрировать в объеме кристалла и взаимодействовать с другими дефектами е образованием более сложных вторичных дефектов. Считается, что повышение концентрации точечных дефектов (препятствующих движению дислокаций) Г10 мере нарастания флюенса должно приводить к монотонному упрочнению кристаллов. Наблюдаемое в эксперименте немонотонное изменение микротвердоети (тем более немонотонное разупрочпение кристаллов ЬіР и №аС!) в условиях низко интенсивно го облучения свидетельствует о более сложном процессе преобразования подсистемы структурных (собственных и радиационных) дефектов. При малодозовом облучении (в наших экспериментах Г < 1.1 -1012 см-2) концентрация генерируемых дефектов меньше концентрации исходных дефектов. В этом случае наблюдаемые изменения свойств следует связывать е модификацией исходных дефектов. Тогда немонотонное изменение Н в условиях

низкоинтенсивного облучения можно связать с многостадийным процессом преобразования имеющихся в кристалле дислокационных стопоров.

Таким образом, обнаружено нелинейное во времени изменение микротвердоети кристаллов КО, N301 и ЫР. индуцируемое действием бета-облучения с интенсивностью /= 10° см 2с 1.

ЛИТЕРАТУРА

1. Тстсмшум ЛИ . Метк'.чена Ю /I . /!зон АЮ. /I Письма в ЖТФ 2004. Т. 30. № II. С. 128.

2. Гшовин Ю Н., ,1мшнрш'«скки А.1 . Иуыппш П.А.. ( \чкони /!Ю /V ФТТ. 2004. Т. 46. № 10. С. 1790.

3. Го.кмин Ю.И., Лмитриеяскнй А.А., Карцев <' Н.. Сучкма Н.Ю., Ток>пше« М Ю И Поверхность (В печати)

БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (1рант № 06-02-96321).

Поступила в редакцию 16 октября 2006 г.

КОМБИНИРОВАННОЕ ДЕЙСТВИЕ СЛАБЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, МАГНИТНЫХ И РАДИАЦИОННЫХ ПОЛЕЙ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ 81

А.А. Дмитриевский, В.Є. Иванов

Dmitrievskii A.A., Ivanov V.li. Combined influence of weak electric, magnetic and irradiative fields on SI microhsrdness. The influence of weak electric and magnetic fields on dynamics of the process of subsystem structural defects modification induced by low flux bcla-irradiation is found.

Радиационное дефсктообразование является одним из наиболее широко применяемых методов при формировании электрофизических свойств полупроводниковых материалов (в частности, кремния). При этом важную роль играют характеристики материала (тип и концентрация легирующей примеси), облучения (тип, энергия, плотность потока частиц) и внешних факторов нералиационной природы (температура, при которой происходит облучение, наличие магнитных и электрических полей и др.).

В случае низкоинтенсивного облучения свойства могут изменяться немонотонно по мере нарастания флюенса [К 2]. что затрудняет интерпретацию наблюдаемых эффектов с позиции общепринятых представлений о взаимодействии заряженных частиц с веществом. Большинство радиационных дефектов (РД) кремния являются парамагнитными и кроме тою могут находиться в различных зарядовых состояниях. Внешние электрические и магнитные поля, очевидно, способны оказывать определенное влияние на эффективность протекания квазихимических реакций между компонентами вторичных РД и. как следствие, на конечные свойства кристалла в целом.

Отсутствие информации о процессе преобразования структурных дефектов кремния в условиях индивидуального действия пизкоинтенсивпого ионизирующего облучения, а также действия облучения, комби-

нированного с внешними факторами нерадиациопной природы, определяет цель настоящей работы.

В экспер и ментах использовались образцы кремния, легированные фосфором, имеющие форму пластин с линейными размерами 1*4x7 мм’. Использовались два источника бета-частиц на основе с интенсив-

ностью потока /, = 3-Ю6 см“2с 1 и /2 = І05 см 2с“' соответственно. Экспозиция образцов в электрическом поле (011) осуществлялась с помощью плоского конденсатора, одна из обкладок которого была выполнена в виде мелкой сетки (размер ячейки 0,5 мм), через которую осуществлялось облучение. Напряженность электрического поля Е варьировалась в интервале от 0 до 450 В/см. Индукция магнитного поля (МП) в зазоре между полюсами постоянною магнита (в месте, где экспонировался образец) В = 0,28 Тл. Тестирование микротвердости // по Виккерсу на плоскости (111) осуществляли на микротвердомере ІІМТ-3.

Экспозиция образцов в поле бета-частиц с /] и /2 и отсутствие 011 и МП сопровождается немонотонным изменением микротвердоети (рис. 1а и 1с соответственно). Качественный вид зависимости микротвердо-сти от времени облучения совпадает с данными [2]. В работе 131 показана возможность влияния внешнего 011 на эффективность разделения компонент пар Френкеля. Большинство радиационных дефектов обладаю! парамагнитными свойствами. В соот ветствии с этим