Введение к работе
Актуальность темы. Природные алмазы, содержащие пониженное количество структурных примесей азота и относящиеся ко П типу по физической классификации, в последние годы привлекают пристальное внимание исследователей, поскольку они являются незаменимым материалом для современной электроники. На их основе созданы детекторы ионизирующих излучений, биполярные транзисторы, оптоэлектронные переключатели, теплоотводы, источники лазерного и мягкого рентгеновского излучения, термисторы и другие электронные приборы, имеющие целый ряд преимуществ по сравнению с приборами, изготовленными с использованием таких традиционных материалов как Si., &е , &a.As .
Однако до сих пор внутреннее строение редких алмазов П типа мало изучено. Среди исследователей утвердилось мнение, что все они имеют однотипное "мозаично-блочное" строение.
В то же время дефекты внутреннего строения кристаллов, как было показано на примере изоструктурных алмазу кремния и германия, могут оказывать существенное влияние на их свойства и определять выход годных приборов, изготовляемых, из них.
Исследование особенностей внутреннего строения кристаллов алмаза с пониженным содержанием азотных примесей представляет интерес и в отношении выявления условий и механизма роста, а также характера последующих эпигенетических изменений алмазов в природе.
Целью данной работы являлось исследование особенностей внутреннего строения кристаллов алмаза с пониженным содержанием структурных примесей азота для выяснения онтогении алмаза, а также в связи с решением проблемы отбора и аттестации природных кристаллов для электронной техники.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные . задачи:
-
Отбор кристаллов алмаза с пониженным содержанием структурных примесей азота по их оптико-спектроскопическим характеристикам.
-
Рентгенотопографическое исследование отобранных алмазов.
-
Изучение картин аномального двупреломления кристаллов.
-
Исследование дефектных центров в кристаллах, образовавшихся в результате пластической деформации кристаллов.
-
Исследование влияния дефектов внутреннего строения на электрофизические свойства алмазов.
Объектом исследований являлась коллекция из 150 специально отобранных кристаллов алмаза с пониженным содержанием структурных примесей азота. По физической классификации они относились к Па и '-'Ї2Ч
промежуточному типам. Исследованные алмазы были добыты из кимберли-товых трубок "Мир" и "Удачная" Якутской алмазоносной провинции. Научная новизна работы заключается в следующем.
-
Впервые в кристаллах природных алмазов П типа выявлены ростовые дефекты, что позволило сделать заключение об условиях и механизме их роста.
-
Подробно исследовано внутреннее строение расщепленных кристаллов алмаза, состоящих из столбчатых субиндивидов.
-
Впервые в практике исследования алмазов методом рентгеновской дифракционной топографии получены изображения индивидуальных дислокаций, образовавшихся в результате пластической деформации алмазов.
-
Показано многообразие проявления пластических деформаций в природных кристаллах алмаза.
-
Предложена классификация алмазов с пониженным содержанием азотных примесей в зависимости от присутствия в них дефектов ростового и деформационного происхождения.
-
Установлены не известные ранее в природных кимберлитовых алмазах линии в спектрах комбинационного рассеяния, которые связаны с дефектами деформационного происхождения.
-
Выявлено влияние, дефектов внутреннего строения на электрофизические свойства алмазов с пониженным содержанием структурных примесей азота.
Практическая значимость работы. По результатам проведенных исследований предложена классификация типов внутреннего строения алмазов с пониженным содержанием структурных примесей азота, находящих широкое применение в качестве материала для полупроводниковой электроники. В работе на примере детекторов ионизирующих излучений показано влияние дефектов ростового и деформационного происхождения на рабочие характеристики электронных приборов на основе алмаза. Даны рекомендации по совершенствованию методики отбора природных кристаллов алмаза для детекторов ионизирующих излучений.
Основные защищаемые положения;
-
В кристаллах алмаза П типа (с пониженным содержанием азотных примесей) присутствуют те же ростовые дефекты, что и в кристаллах I типа,-дислокации, расходящиеся из центра и от границы периферической зоны роста, столбчатые субиндивиды, зональные и двойниковые границы и т.д., следовательно, в природе механизм роста алмазов П типа не отличался от механизма роста алмазов I типа.
-
Выявленные среди алмазов с пониженным содержанием азотных примесей расщепленные кристаллы состоят из столбчатых субиндивидоь,
разориентированных на 1,8-3,7 градуса, и формируются вследладе высоких локальных напряжений, возникающих в кристалле в процессе роста, в условиях значительных пересыщений минералообразукщей среди.
-
Характер проявления пластической деформации в природных алмазах с пониженным содержанием азотных примесей весьма многообразен: в зависимости от условий эпигенетических процессов в них могут образовываться различные количества дислокаций, принадлежащих направлениям (НО) и имещих различную конфигурацию, линии трансляционного скольжения по шюскостям{ш}, отдельные блоки с углом разориента-ции до 320', механические микродвойники толщиной до гО мкм.
-
Для изготовления детекторов ионизирующих излучений пригодны те алмазы с пониженным содержанием структурных примесей азота, в которых плотность дислокаций составляет 10-10 линий/см^ и угол раз-ориентации блоков не превышает 03'.
Аппобашя работы. Основные результаты проведенных исследований докладывались на ХУІ научной конференции аспирантов и молодых ученых МГУ (Москва, 1989г.), на Втором Всесоюзном геммологическом совещании (Черноголовка, 1989 г.),на 6-м Всесоюзном совещании "Основные направления повышенная эффективности и качества геолого-разведочных работ на алмазы" (Иркутск, 1990г.), на Всесоюзной конференции "Перспективы применения алмаза в электронике и в электронной технике" (іАзсква, 1991г.). Материалы настоящей работы изложены в 6 печатных работах, а также в технологическом отчете.
Личный, вклад автора. В ходе выполнения работы автором было получено свыше 220 дифракционных рентгеновских топограмм алмазов с пониженным содержанием структурных примесей азота, записаны спектры комбинационного рассеяния и фотолюминесценции изученных кристаллов и проведено фотодокументирозание их морфологии и картин аномального двупреломления. Автор также принимал участие в отборе и аттестации кристаллов алмаза с пониженным содержанием азотных примесей для изготовления и проведения промышленных испытаний детекторов ионизирующих излучений.
Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 205 библиографических наименований и содержит страниц машинописного текста, 5 таблиц и 28 рисунков.
Исследования проводились в период 1987-1990гг. на кафедре минералогии Геологического факультета .'ЛГУ им. М.В.Ломоносова в соответствии с планом целевой очной аспирантуры, а также в лаборатории № 8 института ГИНалмаззолото и в секторе реальной структуры кристаллов Института кристаллографии АН СССР.
Настоящая работа выполнена под руководством члена-корреспон-
дента АН GGGP заведующего кафедрой минералогии МГУ профессора А.С.іЛар-фунина, которому автор выражает свою глубокую благодарность. Автор также благодарен за помощь, оказанную в процессе выполнения работы, к.г.-м.н. Р.Б.Зезину, К.Г.-М.Н. Т.М.Зайцевой, к.техн.н. В.М.Кулакову, к.ф.-м.н. С.П.Шіотниковой, к.ф.-м.н. И.Л.Сшльскому, к.ф.-.м.н.А.Э.Бо-лошину, к.г.-м.н. Р.Ю.Орлову, М.Ф.Вигасиной, В.С.Хрунову и другим сотрудникам института ГИНалмаззолото, кафедры минералогии МГУ, Института кристаллографии АН. CCGP, Рижского НИИ раддоизотопного приборостроения.
