Введение к работе
Актуальность темы.
Метод импульсной фотонной обработки излучением газоразрядных ламп (ИФО) - один из способов, позволяющих локализовать энергию в приповерхностной области и уменьшить время термической нагрузки, широкий спектр излучения газоразрядных ламп обеспечивает возможность отклика для большого числа облучаемых систем. Уже накоплен значительный экспериментальный материал по исследованию структурных превращений, изменению механических свойств и синтезу соединений, обсуждаются механизмы воздействия света на вещество, зависимость эффекта обработки от длины волны излучения, длительности и мощности импульса.
На сегодняшний день технологическая реализация метода ИФО во многих случаях опередила раскрытие механизма влияния света на ускорение твердофазных процессов. В практическом аспекте исследования были направлены на обеспечение латеральной равномерности нагрева подложки, на оценку градиента температуры по толщине облучаемых пластин кремния. В тоже время практически отсутствуют количественные оценки эффекта фотонной активации твердофазных процессов.
Работа выполнена в «Региональной научно-исследовательской лаборатории электронной микроскопии и электронографии» ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» и на кафедре «Материаловедения и индустрии наносистем» ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет».
Проведенные в рамках работы исследования поддержаны грантами: «Интеграция науки и высшего образования России на 2002-2006 гг.»; программой «Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук «Университеты России» (фанты № УР.Об.01.002, УР.06.01.009); РФФИ (фант № 06-03-96503-р_центр_офи); Президента РФ «Поддержка ведущих научных школ» (№ НШ-4828.2010.3); ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2009-2013 годы (госконфакт№ 02.740.11.0126).
Цель работы. Выявление эффекта ИФО по сравнению с термической обработкой (ТО) в активации процессов рекристаллизации тонких металлических пленок (на примере Au, Pt и Pd) и синтеза однофазных ориентированных и неориентированных пленок Ті02 (рутил).
Для этого решали следующие задачи:
-
Провести сравнительные исследования методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) изменений зеренной структуры пленок Au Pt и Pd при ИФО и ТО.
-
Методами ПЭМ исследовать фазовый состав, структуру и субструктуру пленок диоксида титана, образующегося при термическом оксидировании монокристаллических и поликристаллических пленок Ті в атмосфере воздуха. Проверить применимость известных кристаллогеомефи-ческих критериев к прогнозированию ориентационных соотношений в системе Ті - Ті02.
-
Методами ПЭМ, рентгеновской дифрактомефии, расфовой элек-фонной микроскопии (РЭМ), лазерной эллипсомефии исследовать фазовый состав, сфуктуру и оценить скорость оксидирования поликристаллических пленок титана при ИФО.
4. Исследовать оптические свойства пленок диоксида титана в зависимости от дисперсности их зеренной структуры.
Объекты исследования.
Исследование эффекта ИФО в рекристаллизации выполняли на конденсированных пленках Au, Pt и Pd, в оксидировании - на поликристаллических и эпитаксиальных пленках титана.
Научная новизна исследований.
В работе впервые:
сделана количественная оценка эффекта ИФО в рекристаллизации пленок металлов;
установлены ориентационные соотношения между пленками ТЮ2 (рутил) и пленками Ті разных ориентации;
выявлена дислокационная субструктура большеугловых границ зерен в хемоэпитаксиальных пленках Ті02 (рутил) и определен тип зернограничных дислокаций;
- обнаружен размерный эффект фотолюминесценции.
Практическая значимость работы. Метод ИФО может быть
использован для ускорения процессов рекристаллизации и оксидирования пленок металлов.
Гетероструктуры, сочетающие в себе оптически прозрачную подложку и пленку оксида титана, могут быть использованы для создания элементов фотокатализаторов и оптических фильтров.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту.
-
Фотонная активация ускоряет процесс собирательной рекристаллизации высокодисперсных конденсированных пленок металлов.
-
При оксидировании многоориентационных эпитаксиальных и монокристаллических пленок Ті реализуется многоориентационная хемоэпитаксия рутила вследствие большого структурного несоответствия кристаллических решеток оксида и металла.
-
Компенсация размерного и ориентационного несоответствия большеугловых границ зерен в многоориентационных эпитаксиальных пленках рутила осуществляется решеточными дислокациями.
-
Эффект фотонной активации процесса оксидирования проявляется в нелинейной зависимости толщины оксида от дозы энергии, поступающей на образец, в увеличении дисперсности пленок оксида.
-
При изменении дисперсности зеренной структуры пленок рутила от субмикрокристаллической до нанокристаллической происходит 30-кратное изменение фотолюминесценции в ближней ИК-области.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: VI Международной конференции «Взаимодействие излучений с твердым телом» (ВИТТ-2005) (Минск, 2005); V Школа-семинар «Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения» (Москва, 2005); IV Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации. Нанокристаллизация. Биокристаллизация» (Иваново, 2006); XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007); XXI Всероссийском совещании по темпера-туроустойчивым функциональным покрытиям (Санкт-Петербург, 2010); III Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества» (Суздаль, 2010); XXIII Российской конференции по электронной микроскопии (Черноголовка'
2010); V Всероссийской конференции «Физико-химические процессы в конденсированных средах и на межфазных границах (ФАГРАН)» (Воронеж, 2010); IV Всероссиской конференции по наноматериалам «Нано 2011» (Москва, 2011); The Int. Conf. on Luminescence & Optical Spectroscopy of Condensed Matter 2011 (1CL-11) (Ann Arbor, Michigan, USA, 2011).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем выполнены в [1-15]: получение исходных пленок, термическая и импульсная фотонная обработка гетероструктур, электронно-микроскопические исследования, интерпретация электронограмм, расчет энергии активации при рекристаллизации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы, включающего 150 наименований. Основная часть работы изложена на 101 странице, содержит 27 рисунков и 2 таблицы.
