Введение к работе
Актуальность тсиатики диссертации. В связи о оовданиеи устройств, генерирующих в широкой диапазоне частот мощные периодические импульсы электрического тока и модулированные лазерные и электронные пучки, в последнее время был отиму-лирован интерес к изучению периодического импульсного наг-' рова и, в частности, возможности его применения для исследования свойств твердых тел и в технологических процессах термообработки. Применение такого нагрева позволяет, сохранив импульсный характер нагрева, достичь высокой воспроизводимости результатов за счет периодичности процесса. В работе основное внимание уделено квазистанионарному тепловому режиму, возникающему при нагреве твердых тел периодическими импульсами электрического тока и излучения ла8ера. Его.особенность соо-гоит в той, что для этого случая нагрев можно одновременно рассматривать как результат действия последовательных теплових импульсов или как суперпозицию температурных колебаний (волн). Это позволяет в зависимости от условий решаемой задачи использовать импульсные или волновш свойства нагрева. До . настоящего времени квазистационарный периодический импульсный тепловой режим , возникающий.при таком нагреве, теоретически и экспериментально мало изучен. Отсутствует единая точка зрения на опособ его описания.. Зги обстоятельства одерживают применение периодического импульсного нагрева при разработке новых экспериментальных методов исследования свойств твердых тел и технологий термообработки.
Цели работы
-
Разработка метода построения асимптотических по t решении уравнении теплопроводности, моделирующих нагрев твердых тел интенсивными источниками тепла с произвольной периодической зависимостью теплового потока от времени.
-
Построение теории квазистааионариого теплового реаима, возникающего при нагреве твердых тел периодическими импульсами электрического тока и излучения лазера.
-
Доказательство адекватности предложенной теории реаль-, ному процессу нагрева.
_ ц _
-
Изучение возможности применения периодического импульсного квазистационорного теплового режима для измерения геллофи-эических свойств и исследования быстрых релаксационных процессов в твердых телах.
-
Проведение исследований свойств твердых тел в существенно нестационарных температурных полях с помощью роврабогаиных методов.
Научная нови8на выполненной раооты заключаотся в следующей: .
- впервые экспериментально и теоретически исследован квазиста-
шошрный тепловой режим, возникающий при нагреве металличес
ких проволочек импульсами электрического тока и поверхности
твердых тел импульсами излучения лазера длительностью ». Іикс с частотой следования импульсов 10-100 кГц}
- предложены новые методы исследования свойств твердых тел,
основанные на использовании квазистационарного периодического
импульсного теплового режима, обладающие малой погрешностью в
области высоких частот колебаний температуры, в частностиг
-
периодический импульсный метод измерения теплоемкости твердых тел;
-
периодический импульсный метод измерения температуропроводности фолы л пленок,* »
-
периодический импульсный метод измерений теплового сопротивления границы контакта пленки с подложкой?
-
периодический импульсный метод исследования быстрых релаксационных процессов в твердых телах с Г ~ 10 с;
получены новые результаты по аномальному нелинейному росту теплоемкости тугоплавких металлов вблизи Тплі которые позволяют рассматривать переходное комплексы как реальные дефекты . кристаллической решетки и определить их термодинамические и кинетические характеристики;
впервые показано,'что при периодическом нагреве поверхностными источниками тепла возможно суцествованид только трех устойчивых ква&истешонарные тепловых режимов - периодического импульсного, регулярного теплового режима второго рода и периодического стационарного теплового рехіїма и определен*: границы их устойчивости;
впервые исследованы переходы между устойчивыми кваэиетацио-нарными тепловыми режимами в зависимости от периода следования импульсов лазерной генерации, толщины образцов и теплового сопротивления границы пленка-подложка.
Результаты выполненных я диссертации исследований состав-лют основу научного направления, которое может бить сформули-ювана как "физика взаимодействия ствердили телами интенсивных -іериодических импульсов электрического тока, модулированных іазерньге « электронных пучков и создание експериментальних івтодов исследования овойств твердых тел, основанных на этом ізаимодействии".
Практическая ценность результатов
І» Построенная теория квазистационарного теплового режима позволяет прогнозировать тепловые процессы при взаимодействии в твердым телом интенсивных модулированных лазерных и электронных пучков прк любых соотношениях между длительности и периодом следования импульсов»
-
Полученные в работе результата по взаимодействию е твердым телом интенсивных двихущихоя периодических импульсных источников тепля представляоі? собой физическую основу для создания лучевого оборудования нового поколения для гермической обработки полупроводниковых структур посла ионной ииплантации,
-
На основе, обнаруженного в работе квазистационарного периодического импульсного теплового режима, предложены, признанные изобретениям^ новые способы термической обработки ионно-имплаитированных структур,
-
Разработанные методы позволяют моделировать поведение материалов в существенно нестационарных температурных полях при высоких температурах ~ (2-4)Ю3К и скоростях нагрева-
и измерять с малой погрешностью теплофизичеекив свойства материалов п'ятих условиях.
5. Устанонленныэ закономерности образования термически
активируемых дефектов в твердых телах позволяют уточнить пред
ставление о термодинамических и кинетических характеристиках
пераходнія комплексов л могут быть использованы для аналитичес
кого олисушя температуркой зависимости тепяофизическия сзойста
б. Пршієиеіше, периодического імпульсного шгрева излучение
лазера дли обработки чоїшіх пленок позволяет ввести новий, прив
нешіш иеобретоішец активний контроль тоиператури на граница
контакта системи плойка -подложка и дать количественную оценку
вдгеаии границы контакта. '
Достоверность полученных результатов устанавливается на основе достаточно точного согласования теоретически* данных с вкиперииоятаяьнили результатами, нодучотшми в н&сюяцеи роботе и другими авторами, веду «их исследования близких направлении, а так ке с даншші расчетов как собственными, так и полученными
другшч ИССЛЄДОВІіТОЛЯІЛІ.
На защиту/ диссертации вынооптся^
теория ішівистациоиорног» теплового режима, вооникеющего при париодической нагреве твердых тел импульсами электрического тока и получения лазера;
результаты экспериментального исследования периодического импульсного ышэксгациопарлого теплового реяима; -методи исследования свойств материалов: .^-
а) измерение теплоемкости тдордюс тел мотодоц периодического . импульсного нагрева;
б) намерение тоипорогуропроводнисти /ОЛЬГ и пленок нотодом
периодического ішиульсііого нагрева;
в) измерение теплового сопротивления на границе контакти
твердих тол иетодом периодического импульсного ііиірева
и метод количественной оценки адгезии{
иетод исследования о'ксгрше релаксационных процессов в высокотемпературной теплоемкости металлов с использоваиисц нсфиодк-ческого импульсного нагрева;
теорию, объясняющую оистрьч: редаксевдошшн вф/акт в вцеоко-теиасратуриоіі тоилооикостп вопь^р.^иа} витекаыаде из цеє диффузионное уравнение первого порядка для двухкоиисионгкои вектор-^уцкция.
Структура и обгеи диаоеьтащии
Диссертации состо.л из введения, пати глав, выводов, приложений и списка использованной литературы, Сбций ебтом диссертации составляет 201 страницу. Іиссертация о еде раит 3 таблицы и 60 рисунков* Спиоок литературных источников содержит 136 ктшексваний»
