Введение к работе
Актуальность ївші. ыитернали, строение которых но имеет дальнего порядка, привлекают исо больший интерес широкого круга специалистов. Обусловлено ето рядом причин, определяющий из которых являются успешное развитие в последние два-три досятиле-ткя теории неупорядоченных систем, совершенствование суцвствую-сяи а создание нових методов синтеза некристаллических материалов н, наконец, быстрый рост числа технических приловенмй, испольэущих токио вещества. Это аморфнна конструкционные материалы, аморфные магнитные материалы, некристаллические материалы олектроники.
Структура аморівюго вещества, его блимшй порядок определяет физико-химические свойства материала, являясь при 8том продуктом определенного процесса синтеза. Несомненна, следовательно, необходимость в надежной информации о строении вещества, существенно облегчающей понимание свойств материала, а такке ого генезис. Большое значение поэтому имеет совершенствование структурного анализа, направленное ни повышение точности, воспроизводимости ц оперативности исследования, а также на получение качественно новой информации о строении вещества.
Динамические вффектц дифракции на кристаллических телах исследуются теоретически и экспериментально десятки ^лйт; напротив, когерентное рассеяние в некристаллических средах за пределами кинематического приближения систематически не изучалось, в литературе встречаются лишь упоминания ос эффектах многократного рассеяния. Исследование когерентного некинемати-чвекого рассеяния и учет его при структурном анализе некристаллических тол существенно повисит надежность получаемой структурной информации; особый интерес представляет в связи с этим исследование новых возмоваюстей анализа строения в рамках метода функции радиального раснрвдоленмн (ФРР).
Систему кремний-углерод по нраву мокко назвать классической, она исследуется ужа десятки лат. В последние года заметно возрос интерес к некристаллическим веществам на ее основе, в том числе водородосодеркащим. В то see время процессы структурообра-зовпния в области низких температур синтеза изучены
недостаточно; весьма ограничено, в частности, число работ по дифракционному анализу аморфных карбидокремшевых материалов. Несомненный интерес представляет также связь процессов образования структуры на ранних стадиях с конечным кристаллическим строением вещества в системе с развитой многоустой-чивостьв, присущей материалам на основе кремния и углерода.
Цель работы заключается в исследовании общего когерентного рассеяния влектронов некристаллическими телами и разработке методических средств учета некинемвтических эффектов при анализе строения тол, нэ имеидкх дальнего порядка. Задачей работы является также создание комплекса алгоритмов структурного анализа, учитывающих когерентный фон и исследование процессов1 структурооОразоваїшя при синтезе и модификации в сйСТек кремний-углерод.
Методы исследования. Когерентное рассеяние электронов исследовалось при помощи моделирования на ЭВМ, а такие экспериментально. Исследование структуры аморфных веществ проведено на дифрактометркческом комплексе в составе електронографа ЭМР-102, системы регистрации СР-І и ПЭВМ ДВК-ЗМ.
Научная новизна. Сформулированы следующие научные положения:
-
Распределение когерентного некинематического рассеяния в некристаллических, средах содержит низкочастотную составляющую, влияющую на точность нормировки в методе ФРР, о также высокочастотный вклад, отражакщийся непосредственно на кривой радиального распре де леїшя.
-
При неравновесном осаждении карбида кремния в диапазоне температур 20-260С имеет место химическое упорядочение, причем тетраэдрическое строение комплексов S1--C преобладает во всем интервале температур.
Получен также ряд научных результатов:
1. Проведено моделирования рассеяния быстрых электронов в
некристаллической среде методом Монте-Карло. Результаты
моделирования сопоставлены с экспериментальными данными, показан
вклад когерентного фона в реальні'» дифрактограмму.
2. Создана методика анализа некристаллических веществ,
учиткшівдая &Мекты ееккшматического рассеяния в имеющая ряд
преимуществ:
определение атомной плотности и размеров образца;
учет дальних координационных сфер;
возможность проведения количественного анализа долей химических связей различных типов;
- высокая точность определения параметров структуры.
-
Исследована ранняя стадия структурного и химического упорядочения в процессе синтеза в система кремний-углерод, установлены характерные особенности этого процесса. Факторами, определяющими процесс химического упорядочения, являются температура подложки и соотношение компонентов; скорость процесса влияет в меньшей степени. Энергия активации химического упорядочения оценена приблизительно в I эВ. Химически упорядоченный аморфный карбид кремния (a-SIC) представляет собой хаотическую сетку тетраэдров.
-
Температура синтеза 360С приводит к образованию микрокристаллического S1C с размерами кристаллитов около I нм. При этом преобладает кубическая упаковка, гексагональное окружение составляет нэ более 20%.
-
Изучена динамика изменения ближнего порядка a-SIC при термическом отжиге вплоть до образования микрокристаллической структуры. Установлена зависимость результатов отжига от стенеш химического упорядочения исходного материала. Отжиг неупорядоченного химически материала обеспечивает более высокую степень упорядоченности структуры, а также большую вероятность образования локальной кубической упаковки в сравнении с изначально упорядоченным.
6. Проведено исследование ряда углеродных структур,
полученных в различных условиях. Анализ экспериментальных
результатов позволил интерпретировать изменения структуры при
повышении энергии осаждаемых частиц как рост концентрации
дефектов слоистого строения, присущего графиту и возникновение
элементов тотраэдрического окружения. Предложен элементарный
рассеивающий фрагмент структуры, содержащий элементы слоистого и
тетраэдрического строения, соответвующий полученным
Практическая ценность.
I. Результаты проведенного исследования упругого рассеяния в некристаллических средах позволяют оптимизировать условия
проведения дифракционного эксперимента.
2. Создан комплекс алгоритмов для проведения анализа строения некристаллических веществ, учитывавдий аффект когерентного фона и обоспечиваодий:
вычисление и анализ ФРР;
определение атомной плотности вещества;
- проведение количественного анализа долэё различных химических связей;
проведение анализа коредляции ФРР;
синтез модельних ФРР и кривих интенсивности. Апробация работы. Основино результаты работы докладывались
на S республиканском семинаре "Самоформированиэ. Теория и приложение* (Шаулян, 1987 г.), ' Всесоюзной конференции "Автоматизация, интенсификация, интеграция"(Ленинград, 1989'Г.), двух конференциях профессорско-преподавательского состава кафедра ЛЭТИ им. В.И.Ульянова (Ленина).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликована одна статья и тезисы к трем конференциям, включая одну меадународиую.
Структура и объем работы. Работа содержит введение, четыре главы, заключение и список литературы, включающий 107 наименований. Основная часть работы изложена на 92 страницах машинописного текста. Работа содержит 25 рисунков и II таблиц.
