№ 10 (2024)

Методами рентгенографии и растровой электронной микроскопии исследована структура боковых поверхностей образцов массивного аморфного сплава Zr₆₂Cu₂₂Fe₆Al₁₀ до и после деформации сжатием при комнатной температуре. Образцы аморфного сплава после получения имели квадратное сечение 5×5 мм и длину 40 мм. Исследование морфологии боковых поверхностей образцов проводили с целью избежать влияния на структуру образцов поверхности инструмента, используемого при деформации. Пластическая деформация аморфных сплавов происходит путем образования и распространения полос сдвига. При деформации сжатием при комнатной температуре на торцевых поверхностях образца сформировалась система ступенек, вызванная выходом на поверхность полос сдвига. Ступеньки на поверхностях имеют разные размеры (толщину и высоту). Установлено, что структура больших ступенек сложная: они состоят из элементарных ступенек толщиной 15–30 нм. По величине ступенек оценена локальная деформация образцов. Обнаружено образование при деформации малого количества нанокристаллов. Кристаллы имеют размеры приблизительно 10 нм. Полученные результаты открывают новое направление исследований структуры деформированных аморфных сплавов и процессов нанокристаллизации под действием деформации.

Исследованы свойства металлического контакта со слоем p-GaAs толщиной ~8 нм, индуцированным низкоэнергетическими ионами Ar⁺ на пластине n-GaAs в результате конверсии типа проводимости (n → p). Металл наносили по стандартной технологии на поверхность полупроводника p-GaAs со слоем естественного оксида, частично восстановившимся при перемещении образца в напылительную установку. Для предотвращения металлизации нанослоя контакт не отжигали. Поэтому на границе раздела возникал барьер Шоттки и сохранялся остаточный оксидный слой. Тем не менее, вольт-амперные характеристики показали, что сформированный контакт является преимущественно омическим. Установлено, что высокая концентрация ионно-индуцированных дефектов радикально уменьшает ширину барьера Шоттки и обеспечивает туннелирование дырок и электронов валентной зоны полупроводника сквозь барьер в прямом и обратном направлениях соответственно. Показано, что ионная бомбардировка поверхности полупроводника p-GaAs позволяет получать омический контакт с любым металлом без отжига. Сделан вывод о том, что ионно-стимулированная модификация полупроводника и исключение отжига позволяют получать туннельный омический контакт с предельно тонким (~10 нм) нанослоем полупроводника p-GaAs, покрытым остаточным слоем естественного оксида.

В работе представлены экспериментальные результаты исследования влияния ионного травления монокристаллических пленок катион-замещенных феррит-гранатов на их структурные, магнитные, оптические и магнитооптические свойства. Показано, что ионное травление монокристаллических гранатов существенно уменьшает шероховатость поверхности. Анализ доменной структуры, спектров ферромагнитного резонанса и магнитооптического гистерезиса в эпитаксиальной пленке висмут-замещенного феррит-граната при послойном ионном стравливании показал наличие трех различных слоев, состояние которых меняется относительно точки компенсации, а границы слоев соответствуют переходу через точку компенсации. Показано, что положение границ слоев можно изменять за счет изменения температуры образца. Исследование оптических и магнитооптических характеристик показало, что в монокристаллических (эпитаксиальных) пленках феррит-гранатов ионное травление не ухудшает оптическое пропускание и не разрушает структуру граната вплоть до толщины десятки нанометров (эффект Фарадея сохраняется).

Проведен обзор использования электронной спектроскопии для исследования физико-химических свойств твердых тел. Отмечено, что основным источником информации об электронных состояниях атомов являются энергетическое распределение электронов, возбужденных ионами, рентгеновскими квантами, лазерными пучками. В работе кратко рассмотрены проблемы, существующие при регистрации спектров вторичных электронов, полученных при возбуждении поверхности образцов электронами средних (1–20 кэВ) энергий, и способы решения этих проблем с целью повышения информативности и точности результатов исследований. Предложен метод регистрации спектров вторичных электронов, в интегральном виде, при использовании оже-спектрометра, который позволяет повысить энергетическое разрешение метода. Возможности метода продемонстрированы на примере экспериментальных исследований карбида циркония и стали Х17АГ18.

Методы модификации поверхностного и приповерхностных слоев материалов и покрытий ионными пучками находят применение во многих областях науки и техники. Развитие методов глубокого ионного легирования приповерхностных слоев полупроводниковых материалов, а также металлов и сплавов благодаря усилению радиационно-стимулированной диффузии в условиях, когда глубокие слои облучаемого образца не подвергаются значительному температурному воздействию, представляет значительный интерес для практической реализации технологий направленного улучшения эксплуатационных свойств деталей и изделий различного назначения. Настоящая работа посвящена исследованию особенностей и закономерностей высокоинтенсивной имплантации ионов титана при плотностях тока в несколько сотен мА/см² с одновременным энергетическим воздействием на поверхность пучка ионов длительностью менее 1 мс с плотностью мощности, достигающей нескольких десятков кВт/см². Впервые на примере имплантации титана в кремний показано, что сочетание высокоинтенсивной имплантации ионов и энергетического воздействия пучка ионов высокой плотности мощности обеспечивает возможность роста глубины ионного легирования от долей мкм до 6 мкм за счет увеличения времени облучения от 0.5 до 60 мин.

Рассмотрен электронный обмен при скользящем рассеянии ионов водорода на тонких металлических пленках. Основной исследуемой величиной является фракция выхода, т.е. вероятность формирования определенного зарядового состояния рассеянной частицы (в рассматриваемом случае H^–) как функция компоненты скорости, параллельной поверхности образца. На основе анализа распределения электрона в пространстве волновых векторов с использованием общепринятой модели смещения сфер Ферми было показано, что зависимость вероятности формирования отрицательного иона водорода от параллельной компоненты скорости должна быть монотонно убывающей.

Методом рентгенографии исследовано влияние пластической деформации на образование нанокристаллической структуры в аморфном сплаве Al₈₇Ni₆Nd₇. Исследование показало, что предварительная деформация аморфного сплава способствует ускорению процесса кристаллизации аморфной фазы и может приводить к образованию нанокристаллов меньшего размера по сравнению с термической обработкой. Размер нанокристаллов и их количество зависят от условий обработки аморфной фазы: при использовании предварительной деформации размер нанокристаллов, образующихся при отжиге, меньше, чем в недеформированном образце, а доля нанокристаллов немного больше. В образцах, подвергнутых предварительной деформации прокаткой формируется градиентная структура: доля нанокристаллов уменьшается по мере удаления от поверхности в глубину образца. Размер нанокристаллов при изменении расстояния от поверхности меняется незначительно. Результаты показывают, что предварительная пластическая деформация может быть эффективным методом получения нанокристаллической структуры с различной долей и размером нанокристаллов в аморфной фазе, что важно для создания высоко функциональных материалов с выдающимися физико-химическими свойствами. Полученные результаты существенно расширяют имеющиеся представления о механизмах образования нанокристаллов в аморфной фазе при внешних воздействиях.

Гибридные перовскитные материалы на основе металлоорганических структур привлекают большое внимание, так как позволяют достичь достаточно высокой конверсии солнечного излучения в фототок при сравнительной простоте производства. Представлен модельный анализ возможности экспериментального детектирования и характеризации слоя галогенида свинца, образующегося на границе внутреннего раздела при деградации пленки гибридного перовскитного фотовольтаика, посредством нейтронной рефлектометрии в режиме in situ. Из сравнения расчетных кривых зеркального отражения выделены соотношения между параметрами компонентов системы, при которых, несмотря на слабые в целом изменения кривых, удается в той или иной мере проследить эволюцию обозначенного слоя.