Введение к работе
з Актуальность
В настоящее время радиационные технологии являются одним in наиболее
перспективных направлений в области создания и исследования новых материалов.
Можно выделить два способа применения радиационного воздействия. Во-первых,
облучение может использоваться как метод создания материалов с заданными
свойствами или изменения свойств вещества. Во-вторых, при помощи облучений
быстрыми частицами может изучаться влияние микроструктуры вещества на его
макроскопические характеристики. Такие исследования проводятся уже в течение
нескольких десятилетий. Мощным стимулом для этого послужил бурный рост
атомной энергетики, широкое развитие исследований в области термоядерного
синтеза, а также дальнейшее продвижение в создании новых, в частности,
полупроводниковых технологий. Основными объектами исследования были
металлы, сплавы (являющиеся конструкционными материалами в ядерных
установках)!! полупроводники. Уже достигнуто достаточно полное понимание
физических процессов, происходящих в твердых телах при облучении [1-3]. В
последние годы появились новые материалы, интерест.ле с точки зрения
радиационного материаловедения. Это, например, высокотемпературные
сверхпроводники, модифицируемые и изучаемые при помощи облучения,
широкозонные полупроводники (SiC, A1N и т.д.), многослойные металлические и
полупроводниковые структуры, при изготовлении которых используется ионная
имплантация. Существенным отличием этих структур от ранее исследовавшихся
металлов является их многокомпонентность, что сильно затрудняет их изучение.
Кроме того, следует отметить, что значительное количество дефектов, образованных
при облучении и оказывающих существенное влияние на свойства материала, не
может быть экспериментально наблюдаемо из-за своих малых размеров (меньше
I нм). Таким образом, требуются теоретические исследования радиационных
процессов в ювых многокомпонентных материалах, опирающиеся на имеющиеся
представления о физике радиационных повреждений материалов, позволяющие
прогнозировать изменение свойств, а также, используя компьютерное
моделирование, давать рекомендации по выбору технологических параметров. Из
вышесказанного следует, что настоящая работа, направленная на компьютерное
моделирование эволюции дефектов в некоторых многокомпонентных материалах
при облучении и отжиге, является актуальной. ,,
Цель
Целью работы является компьютерное моделирование диффузионных процессов и эволюции дефектной структуры при облучении и отжиге в некоторых
многокомпонентных материалах со сложной кристаллической решеткой (YBaCuO, SiC), а такж,- прогнозирование изменения свойств этих материалов при указанных воздействиях. Задачи
-
Теория и компьютерное моделирование изменений в кислородной подсистеме пленок и монокристаллов YBaCuO при облучении и отжиге.
-
Теоретическое исследование влияния эволюции дефектной структуры на макроскопические характеристики YBaCuO.
-
Компьютерное моделирование эволюции дефектной структуры карбида кремния при высокотемпературной имплантации ионами А1+ и N+.
Научная новизна работы.
-
Впервые предложены физические модели и проведено компьютерное моделирование эволюции микроструктуры и свойств монокристаллов и тонких пленок YBaCuO под влиянием различных видов облучения и отжига.
-
Впервые разработана физическая модель, рассчитаны профили залегания и установлена иерархия дефектов в карбиде кремния при высокотемпературной имплантации ионами Л1+ и N + и последующем отжиге.
-
Впервь.е численно оценены некоторые кинетические параметры YBaCuO и SiC (см. пункты 6 и 9 результатов работы).
Практическая значимость работы
-
Исследованные механизмы эволюции дефектных структур при облучении и отжиге многокомпонентных материалов могут быть использованы при разработке технологий создания структур с заданными свойствами.
-
Количественные значения некоторых кинетических параметров YBaCuO и SiC могут использоваться для расчетов диффузионных процессов, а следовательно, для прогнозирования поведения этих материалов при разных внешних условиях (температура, тип облучения и т. д.)
-
Полученная пропорциональность плотности критического тока и средней концентрации центров пшыинга в облученном нейтронами монокристалле YBaCuO является важным результатом для исследований явлений тшнинга в высокотемпературных сверхпроводниках.
Основные положения, выносимые на защит;-'.
1. С помощью компьютерного моделирования подтверждена качественная связь, а также некоторые количественные соответствия структуры кислородной подсистемы и сверхпроводящих свойств (например, Тс) высокотемпературного ев?рхпроводника YBaCuO.
-
В облученном нейтронами монокристалле YBaCuO плотность критического тока пропорциональна средней концентрации центров пиннинга (при малых магнитных полях^араллельных плоскости ab).
-
При высокотемпературной имплантации карбида кремния ионами А1* и N+ формируется сложная иерархия различных точечных дефектов, выявленная в результате компьютерного моделирования.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на семинарах в ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, СПбГТУ, Атомном Иституте Австрийских Университетов в Вене (Австрил), Исследовательском Центре Россендорф (Германия), Техническом Университете Дрездена (Германия), Техническом Университете Ильменау (Германия), а также на следующих конференциях:.
9th Int. School on Vacuum, Electron and Ion Technologies VEIT'95, Sozopol, 14-18 Sept 1995, Bulgaria; Петербургские чтения по проблемам прочности, 1995 (14-16.03) и 1997 (11-13.03) С.-Петербург; Первом и Втором Международном Уральском Семинаре "Радиационная Физика Металлов и Сплавов", 1995 (19-26.02) и 1997 (23.02 - 01.03) Снежинск, Россия; 5th Int.; Conf. on Materials and Mechanisms of Superconductivity and 'High Temperature Superconductors, 1997 (08.02 - 04.03), Beijing; International Workshop on New Approaches to Пі-Tech Materials 97 (Nondestructive Testing and Computer Simulations in Materials Science and Engineering), 1997, (09 - 12.06), St.Petersburg, Russia; 13-th Int. Conference on Ion-Surface Interactions, 1997 (01 -05.09), Zvenigorod, Russia; Первом Российско-Французском Семинаре "Радиационные эффекты в ядерных материалах", 1997 (05-12.10), Франция.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 печатных р-бот, перечень которых приведен в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет ПО страниц, в том числе 18 рисунков.
