Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. ІЗ последние голи РПрсжо !іссл»ЛУ»ТСП возможности методов модификации поверхности твердих fC'J? с ломотык концентрированных потоков энергии - излучений лазера, плазми, пучков эпряаенння частиц и т. л. EoAb'juuic потенциальными ооамочиоотяии для модификации обладает пучкії иоия'ыз: импульсный ускорителен. Соашікявпуіо п обяучаешис 1ШІІ материала:: нерагжовесные полл температур и давлении, $аэо?ш>.? превращения и другие явления поэполяшт получать нов'^э UGTa-стабильпые уаэи, труднодостижимые при непрерывном облучении.
Несмотря на успехи в отдельны:: направления:?, в целом прсблеиа модификации поверхности пучками заряженных частиц далека от своего разрешения. Остаются не исследованным!! многко аепоктн процессов изменения структурио-$азоиого состояния тверлего тела, что сильно затрудняет оценку те.чно-яогическнх познозшостеГґ от:г:іГ нетели.-.
Паї'.болгге ун/;амептаЕ,тґшш залг.чакм здесь являются диссипация энергия гсотсжгі и перенос вещества п облучаемой среде. Б рэсенни nupftofj из к»» ішсютоя определенные достижения, и d нестезигэе прекя tfij с прК'»члч1!ОЯ! Для больсниствп практически гїагн.іх случаен степс-»ь:з точности ыоаоы прогнозировать осиовкыо параметри распространения энергии в образце. Уровень понимания физики' процессов переноса воцгетва значительно иажо.
Нитрация атомов о твердої* теле под действием непрерыв-нііх ионных пучков изучается уйе Солее десяти лет, но прние-иіТґєлвно к ннПульснону рвянну облучения сделано пока сравни— теЛь-но йэшгого. Имегбкиесй' в всучноГ! литературе неиногочн'с-яйяНЫ& экспериментальные результаты позволяют судить о высокой' интенсивности процессов переноса атомов под депствиеи мовдііх импульсных пучков заряженных частиц, а- также о том, что кинетика механизмов- Миграции тут коренным образом отличается от Кинетики Миграции при непрерывной облучении. К сожалению, развернутого исследования в этом направлении до сих пор не проводилось,' поэтому трудно даже сказать, какие именно механизмы определяют- динамику процессов переноса.
Ломимо миграции атомов в конденсированном веществе, представляет большой практический интерес вызванный облучением- унос вещества с поверхности образца. Выделение всей
-4.-эиергии мощного импульсного пучка за десятки-сотни наносекунд в слое толщиной порядка длины пробега частим позволяет разогреть его до температуры кипения и испарить без существенного теплового воздействия на более глубокие слои и той самым существенно повысить интенсивность эрозии пойерн-ности при ее технологической использовании.
В связи о изложенный ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ иоано сформулировать следующий образои.
-
Проанализировать иоханнзми миграции в твердой. ъа-&аг облучаемом непрерывный ионный пучкои. Объединить ни. описания в райках единой математической подели, позволяющий прогнозировать элементный состав поверхностный, слоев образца при ионной обработке.
-
Провести зкспериыентальное і:, теоретическое исследование процессов переноса атомов, іі- конденсированной фазе образца под действием, мощных, нил.ульсных пучков заряженных частиц. Выявить врзмое.ішє> механизмы переноса; оценить их роль в формировании результирующего концентрационного профиля припаси.
3. Исследовать кинетику эрозии поверхности твердого
тела при облучении его мощными импульсными пучкаыи заряжен
ных частиц. Изучить возможность практического применения
мощных импульсных ускорителей для микрорельефиои обработки
изделий, в частности, для изготовления кристаллических эле
ментов кварцевых пьезоэлектрических резонаторов івиде обрат
ной мозоструктуры.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ характеризуется рядом впервые полученных результатов, представляющих теоретическую и практическую ценность для развития радиационного материаловедения и его технических приложений.
-
Создана модель, миграции атомов в -твердом теле при непрерывном ионном облучении, объединяющая в себе описания процессов распыления поверхности, баллистическрго каскадного перемешивания, радиационно-отимулированной диффузии и гидродинамического течения матрицы. Определена роль термодинамических факторов при ионном Перемешивании.
-
Исследованы механизмы, миграции атомов в образцах, облучаемых мощными импульсными пучками заряженных частиц:
- Б -
ди$*узия атонов примеси т> расплаве, баро- н термоднф>5узня, сегрегация компонентов расплава в доижущенся J-ронто затвердевания, перемешивание материала в гидродинамическом режиме. На осново проводвяпого компьютерного нод^япропанип сдолами оцрмкя окладов данных неханпзноп в формирование концентрационного профиля принеси.
3. Выполнены исследования стикулиропаннол иощшн нипульсннм элвктропинм пучкоч десорбции молекул газа с поверхности твердого тела. Оценены роли различная механизмов десорбции э зависимости от плотности тока пучки.
4.. На основе созданное модели тг-плоан:/ процессов изучена кинетика эрозии и образованна новим ч^г>о в образцах, подвергающихся поэдепстри» могши» импульсные потоков энергии.
D. Обоснована применимость їлопчп:: іінпульсшк: ионным пучков длл мнкроролье чой обработки кперцепн:; пь-зо-элеиен-тсв. НаГїденп опт:іма.':ь"г,? ропши солуч^жш. Показаны преимущества такоп технологи?? перед "гра~И1:нон!ч:чн.
- модель миграции атоиоэ п иэталлах при непрерывном
ионной облучении;
- результаты исследований переноса атомов под действием
мощных импульсных пучков заряженных частиц;
- результаты исследований десорбции молекул газа с
поверхности металлов при импульсном э-лектронном воздействии;
- теоретическое» оЁоеиЛвште- методики размерной обработ
ки поверхности кварца мощннш* импульсными tпучкани нонов с
лэлью изготовления пьезоэлементов резонаторов в вид^ обрат
ишь неэоструктур.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ работы заключаьтоя в следующей.
Разработанные и реализованные в виде програми для ЭВМ .модели миграции атомов а образцах» облучаемых непрерывными и импульсными пучкани заряженных частиц, позволяют прогнозировать формирующиеся в результате облучения концентрационные профили примеси. Тек самим может быть достигнута оптимизация параметров облучения для получения поверхностных слоев образца требуемого элементного состава.
Предложенная методика размерной обработки кварца мощными ионными пучками наносекундноя длительности дает воэмот-
- є -
ность во иного раз повысить производительность Ть-ЯНОЛОГНЧС-С-кого процесса при кзготовлэиии кристаллические эпеиэнгог пьвооэлоктричвокик рйоолйтороь в вида обратных иозоотруктур.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результати работы обсуждал.;сь па ряда конференций и семинаров, з тоы числе на всесоюзной конференции "Иэнио-лучевал модификация материалов", Черноголовка, 1037 г. ; II ие-^дународпой конференции "Electron D~-au Technologic:;", Болгария, Варна, 1В30 г.; І всесоюзной кс.і&єронщіи * "Модификаций СЕ>опстЕ> конструкционных материалов пучк&пл зархенных частиц", Томск, 1ЄЗЗ г.; III международной конференции "En&rgy Pulsts and Parti сі о Beam Modif і cation of Materials", ГДР, Дрезден, 10SS г. ; всесоюзной конференции "Новые технологии и робототехннческне комплекси при производства авиационной техники". Карьков, 16Q0 г.; X всесоюзной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью", Звенигород, 10Э1 г. ; городских научных семинарах Томска, семинарах НИИ ЯФ ТПУ и др.
Автор благодарен научному руководителю к. &. -м. н. В. П. Кривобокоау, сотрудникам НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете Г.А.Сапульскои, Б.П. Степанову, старшему научному сотруднику Республиканского никенерно-тохннческого центра Сг.ТомскЗ В.П. Яновскому, а такие оаве-дующэыу лабораторией НИИ прикладной математик;; :і і:г::аникн при Томской государственной уинверекготе А. іі. :.:;'к-.:^у ait поног;ь в работ'./ :: колесное оЗсуьдсние of реэультс.-.с, ,.
ГіУіїЇІ'Л'Л/М'Л'Л. OCbO^HOfj СОДи-р;іііІ!Г.і1 ДИССС-рТйІІІ'і' "V.'f....О -ПО '.; Ю И-.'Чи'ШЦХ puiuo'f.'.vx.
ОБЪЕМ II СТРУКТУРА РАБОТ!!. Диссертация состоит n^ aseji.-иия, трех r«iD и заключения. Она оолариаит 13І .страницы маыннопненого текста, 43 риоункь, 2 таблицы и -;: цитированной литературы иэ 102 наименований на 13 отрани:,-^:;.