CC BY
44
УДК 537.622.2; 621.9.011
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1314-1316
ВЛИЯНИЕ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА МИКРОТВЕРДОСТЬ АРСЕНИДА И ФОСФИДА ГАЛЛИЯ
© А.А. Скворцов, Д.Е. Пшонкин, М.Н. Лукьянов, М.Р. Рыбакова
Московский государственный машиностроительный университет, г. Москва, Российская Федерация,
e-mail: [email protected]
Исследовано влияние магнитных полей на микротвердость кристаллов GaP и GaAs. Отработана методика измерения микротвердости рассматриваемых кристаллов и определен диапазон и время воздействия нагрузки на ин-дентор. Приведены экспериментальные данные по влиянию предварительной выдержки образцов в постоянном магнитном поле на динамику микротвердости монокристаллов. Обнаружено, что предварительная выдержка образцов в постоянном магнитном поле существенно влияет на микротвердость GaAs. Ключевые слова: полупроводниковые соединения АШВУ; микротвердость; магнитопластический эффект.
В настоящее время надежно установлено, что постоянное магнитное поле с индукцией порядка 0,5 Тл может при комнатной температуре эффективно влиять на различные физические процессы [1-2]. Природа этих эффектов связана с влиянием магнитного поля на эволюцию парамагнитных центров на промежуточной стадии, в течение которой не успевает произойти спин-решеточная релаксация [2-4]. В результате происходит резкая трансформация конфигурации системы, которая может сопровождаться радикальной сменой типа и уровня взаимодействия составляющих ее элементов. Причем все это происходит практически без изменения полной энергии системы, поскольку рассматриваемые переходы в магнитном поле инициированы не подводом энергии системе, а снятием запретов на указанные переходы.
В полупроводниковых кристаллах также известно о структурных изменениях, стимулированных магнитным полем [5-6].
Так, в [7] проведены экспериментальные исследования долговременной релаксации постоянной решетки, температуры, дислокационной структуры и электрофизических характеристик элементарных полупроводников Ge) и соединений АШВ¥ (1пБЬ, 1пА8, GaAs). Авторами показано, что воздействие на полупроводник МП приводит к длительным (более 10 мин.) изменениям постоянной решетки, ее температуры и дислокационной структуры, следовательно, и характеристик изготовленных полупроводниковых структур. Совокупность полученных результатов позволила авторам сделать вывод о магнитостимулиро-ванном образовании в полупроводниках френкелев-ских дефектов решетки, их объединению в кластеры, которые по истечении сотен секунд при комнатной температуре распадаются, а френкелевские дефекты аннигилируют. Однако экспериментальной информации по магнитопластичности полупроводников явно недостаточно.
Поэтому целью настоящей работы было изучение влияния магнитных полей на микротвердость монокристаллов ОаА8 и ОаР.
Известно, что для ряда кристаллов микротвердость чувствительна к выдержке их в магнитном поле. Микротвердость монокристаллов GaAs и ОаР определяли на микротвердомере ПМТ-3 по стандартной методике. Из полупроводниковых пластин (диаметр 50 мм, толщина 350 мкм) вырезались образцы размером 10x6 мм. После этого, часть образцов помещалась между полюсами постоянного магнита и выдерживалась при комнатной температуре в течение 30 мин. (В = 0,7 Тл). Образцы-спутники действию магнитного поля не подвергались. После окончания экспозиции проводилось измерение величины микротвердости (■Риндентор = 0,02 Н, время идентирования 20 с). Результаты исследования показали, что предварительная экспозиция кристаллов в постоянном магнитном поле (В = 0,7 Тл, Г = 30 мин.) приводит к уменьшению значения микротвердости. Результаты исследований приведены на рис. 1.
Как и в случае с элементарными полупроводниками, предварительная экспозиция в постоянном магнитном поле арсенида и фосфида галлия способствует их разупрочнению. Обнаруженная зависимость не противоречит известным литературным данным [7-8]. Следует также подчеркнуть, что магнитопластичность на монокристаллах ОаА8 и-типа проявляется значительно ярче, чем на кристаллах р-типа.
Таким образом, в работе изучено влияние постоянного магнитного поля на микротвердость монокристаллов арсенида и фосфида галлия с различной концентрацией примеси после их экспозиции в постоянном магнитном поле при комнатной температуре. Выявлено, что предварительная экспозиция кристаллов в постоянном магнитном поле (В = 0,7 Тл, Г = 30 мин.) приводит к уменьшению значения микротвердости на 16-25 %. Обнаружено, что магнитопластический эффект на монокристаллах ОаА8 и-типа выражен значительно отчетливее, чем на кристаллах р-типа.
2016. Т. 21, вып. 3. Физика
Рис. 1. Динамика изменения микротвердости после экспозиции кристаллов на воздухе в постоянном магнитном поле при комнатной температуре. Н00ар = 4,5 ГПа; Н00аА8 = 6,6 ГПа: 1 -
СаАз(Те) кон-3 - СаАз^) концентрация
GaP (Te) концентрация примеси 8-1017 см 3; 2
центрация примеси 1-1018 см3:
примеси 410 см ; 4 - GaAs(Zn) концентрация примеси
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Buchachenko A.L. Effect of magnetic field on mechanics of nonmagnetic crystals: The nature of magnetoplasticity // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2006. V. 102. № 5. P. 795-798.
2. Morgunov R., Baskakov А., Blokhin I., Dunin-Barkovskii L., Shmu-rak S., Tanimoto Y. Discontinuity of plastic flow controlled by magnetic field in NaCl:Eu crystals // Solid State Phenomena. 2006. V. 115. P. 169-182.
3. Golovin Yu.I. Mechanochemical reactions between structural defects in magnetic fields // Journal of Materials Science. 2004. V. 39. № 16-17. P. 5129-5134.
4. Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., Petrzhik E.A. Magnetop-lastic Effect: Basic Properties and Physical Mechanisms // Crystallography Reports. 2003. V. 48. № 5. P. 768-795.
5. Li G.-R, Wang H.-M., Li P.-S, Peng C.-X., Zheng R. Mechanism of dislocation kinetics under magnetoplastic effect // Wuli Xuebao /Acta Physica Sinica. 2015. V. 64. № 14. Article number 148102. 10 p.
6. Skvortsov A.A., Orlov A.M., Solov'ev A.A., Belov D.I. Magnetoplastic effect in silicon: A search for new methods of controlling structure-sensitive properties of elemental semiconductors // Physics of the Solid State. 2009. V. 51. № 12. P. 2446-2450.
7. Давыдов В.И., Лоскутова Е.А., Найден Е.П. Запаздывающие структурные изменения в полупроводниках, стимулированные магнитным полем // ФТП. 1989. Т. 23. № 9. С. 1596-1601.
8. Navamathavan R., Arivuoli D., Attolini G., Pelosi C., Choi C.K. Mechanical properties of some binary, ternary and quaternary III-V compound semiconductor alloys // Physica B: Condensed Matter. 2007. V. 392. № 1-2. P. 51-57.
БЛАГОДАРНОСТИ: Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ, проект № 2290.
Поступила в редакцию 10 апреля 2016 г.
3-1018 см-3
UDC 537.622.2; 621.9.011
DOI: 10.20310/1810-0198-2016-21-3-1314-1316
THE INFLUENCE OF CONSTANT MAGNETIC FIELDS ON THE MICROHARDNESS OF GALLIUM AND GALLIUM PHOSPHIDE
© A.A. Skvortsov, D.E. Pshonkin, M.N. Lukyanov, M.R. Rybakova
Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, e-mail: [email protected]
The influence of magnetic fields on the microhardness of crystals of GaP and GaAs is considered. Methods of measurement of microhardness of the crystals under consideration and determines the range and time of impact of the load on the indenter. Experimental data on the influence of pre-curing the samples in a constant magnetic field on the dynamics of the microhardness of single crystals is studied. It was found that preliminary exposure of samples in a constant magnetic field significantly affects the microhardness of GaAs. Key words: semiconductor compounds AmBV semiconductors; microhardness; magnetoplastic effect.
REFERENCES
1. Buchachenko A.L. Effect of magnetic field on mechanics of nonmagnetic crystals: The nature of magnetoplasticity. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2006, vol. 102, no. 5, pp. 795-798.
2. Morgunov R., Baskakov A., Blokhin I., Dunin-Barkovskii L., Shmurak S., Tanimoto Y. Discontinuity of plastic flow controlled by magnetic field in NaCl:Eu crystals. Solid State Phenomena, 2006, vol. 115, pp. 169-182.
3. Golovin Yu.I. Mechanochemical reactions between structural defects in magnetic fields. Journal of Materials Science, 2004, vol. 39, no. 16-17, pp. 5129-5134.
4. Alshits V.I., Darinskaya E.V., Koldaeva M.V., Petrzhik E.A. Magnetoplastic Effect: Basic Properties and Physical Mechanisms. Crystallography Reports, 2003, vol. 48, no. 5, pp. 768-795.
5. Li G.-R., Wang H.-M., Li P.-S., Peng C.-X., Zheng R. Mechanism of dislocation kinetics under magnetoplastic effect. In: Wuli Xuebao. Acta Physica Sinica, 2015, vol. 64, no. 14. Article number 148102. 10 p.
6. Skvortsov A.A., Orlov A.M., Solov'ev A.A., Belov D.I. Magnetoplastic effect in silicon: A search for new methods of controlling structure-sensitive properties of elemental semiconductors. Physics of the Solid State, 2009, vol. 51, no. 12, pp. 2446-2450.
7. Davydov V.I., Loskutova E.A., Nayden E.P. Zapazdyvayushchie strukturnye izmeneniya v poluprovodnikakh, stimulirovannye magnitnym polem. Fizika i tekhnikapoluprovodnikov - Semiconductors, 1989, vol. 23, no. 9, pp. 1596-1601.
8. Navamathavan R., Arivuoli D., Attolini G., Pelosi C., Choi C.K. Mechanical properties of some binary, ternary and quaternary III-V compound semiconductor alloys. Physica B: Condensed Matter, 2007, vol. 392, no. 1-2, pp. 51-57.
GRATITUDE: The work is fulfilled under support of Ministry of Education and Science Project of Russia no. 2290. Received 10 April 2016
Скворцов Аркадий Алексеевич, Университет машиностроения, г. Москва, Российская Федерация, доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой сопротивления материалов, e-mail: [email protected]
Skvortsov Arkadiy Alekseevich, Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, Doctor of Physics and Mathematics, Professor, Head of Strength of Materials Department, e-mail: [email protected]
Пшонкин Данила Евгеньевич, Университет машиностроения, г. Москва, Российская Федерация, аспирант, кафедра сопротивления материалов, e-mail: [email protected]
Pshonkin Danila Evgenevich, Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, Postgraduate Student of Strength of Materials Department, e-mail: [email protected]
Лукьянов Михаил Николаевич, Университет машиностроения, г. Москва, Российская Федерация, старший преподаватель кафедры сопротивления материалов, e-mail: [email protected]
Lukyanov Mikhail Nikolaevich, Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, Senior Lecturer of Strength of Materials Department, e-mail: [email protected]
Рыбакова Маргарита Рушановна, Университет машиностроения, г. Москва, Российская Федерация, старший преподаватель кафедры сопротивления материалов, e-mail: [email protected]
Rybakova Margarita Rushanovna, Moscow State University of Mechanical Engineering, Moscow, Russian Federation, Senior Lecturer of Strength of Materials Department, e-mail: [email protected]
