Анотація до роботи:

Шалаєв Р.В. Фотостимульована модифікація і оптичні властивості плівок алмазоподібного вуглецю. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – Фізика твердого тіла. – Донецький фізико-технічний інститут імені О.О.Галкіна, Національна академія наук України, Донецьк, 2007.

Дисертація присвячена питанням виявлення механізмів впливу електромагнітного випромінювання на ріст і властивості алмазоподібних плівок. В роботі використовувалися газофазні методи отримання плівок при низьких тисках, та опромінення випромінюванням УФ- і видимого діапазонів спектра.

Встановлено, що опромінювання поверхні зразка, який зростає, лазерним випромінюванням видимого діапазону спектра збільшує концентрацію атомарного водню в приповерхневому газофазному шарі більш ніж в 2,5 рази внаслідок фотосенсибілізованих процесів передачі енергії та дисоціації на збудженій ростовій поверхні.

Показано, що УФ-опромінення ростової поверхні плівок нітриду вуглецю значною мірою знижує енергетичний бар'єр, збільшує ефективність вбудовування атомів азоту в структуру плівок і призводить до підвищення концентрації хімічно зв'язаного азоту в плівках.

Отримано дані, що свідчать про інтенсифікацію процесів травлення і перебудови ростової поверхні алмазоподібних плівок в умовах її опромінювання. Показано, що фотостимулюючі зміни в плівках, які ростуть, мають місце при густині потужності лазерного випромінювання в діапазоні 10²-10⁵ Вт/см² в імпульсі.

В роботі вперше встановлено закономірності фотостимульованих процесів зростання алмазоподібних плівок при дії на ростову поверхню електромагнітного випромінювання УФ- і видимого діапазонів спектра; визначено діапазон ефективної нетермічної дії випромінювання. Основні наукові положення і результати роботи полягають в наступному.

1. Показано, що опромінювання ростової поверхні алмазоподібної плівки C:H лазерним випромінюванням видимого діапазону призводить до зростання концентрації атомарного водню в приповерхневому газофазному шарі внаслідок фотосенсибілізованих процесів передачі енергії та дисоціації на поверхні росту. Це дозволяє забезпечити в низькотемпературній плазмі газофазну концентрацію травлячого компоненту, достатню для ефективного видалення неалмазних модифікацій з поверхні плівки, що росте.

2. Виявлено вибіркове пригнічення утворення фази графітоподібного вуглецю в структурі плівок, що опромінювалися електромагнітним випромінюванням в процесі росту. Воно обумовлено процесами фотоактивації, фотофрагментації і фотодесорбції графітних зародків росту на ростовій поверхні.

3. Встановлено, що селективне поглинання випромінювання видимого і УФ-діапазонів спектра сприяє переважному зростанню sp³-гібридизованої вуглецевої фази в структурі алмазоподібних плівок C:H і CN_x.

4. Показано, що УФ-опромінення поверхні зразків, які ростуть, збільшує ефективність упровадження азотних атомів в структуру плівок нітриду вуглецю і підвищує концентрацію хімічно зв'язаного азоту в матеріалі без домінування утворення sp²-гібридизованої фази. Таким чином, фотоактивація ростової поверхні зменшує енергетичний бар'єр, який знижує реакційну активність молекулярного азоту.

5. Безкаталітичним ростовим методом при низьких температурах підкладки отримано щільноупаковані колонарні плівкові наноструктури нітриду вуглецю з середнім діаметром окремих нановолокон ~70 нм і густиною упаковки до ~10² волокон/мкм². Показана можливість управління ростом таких структур (підвищення густини упаковки нановолокон) при опромінюванні ростової поверхні електромагнітним випромінюванням.

6. Встановлено діапазон значень густини потужності випромінювання, при якому можлива ефективна фотоструктурна дія на ростові процеси плівок алмазоподібного вуглецю. Оцінено верхню межу діапазону нетермічної дії електромагнітного випромінювання видимого спектра на ріст алмазоподібних плівок, нижче якої процеси нагріву ростової поверхні і графітизації є незначними.

Публікації автора:

1. Варюхин В.Н., Прудников А.М., Шалаев Р.В., Шемченко Е.И. Структурные превращения микровключений графитоподобного углерода в алмазе под действием лазерного излучения // Физика и техника высоких давлений. – 2001. – Т.11, №1. – С.50-55.

2. Шемченко Е.И., Шалаев Р.В., Пашинская Е.Г. Исследование характеристик алмазоподобных пленок, полученных методом магнетронного распыления // Физика и техника высоких давлений. – 2001. – Т.11, №2. – С. 83-85.

3. Varyukhin V.N., Shalaev R.V., Prudnikov A.M. Properties of diamond films obtained in a glow discharge under laser irradiation // Functional Materials. – 2002. – V.9, №1. – P.111-114.

4. Varyukhin V.N., Shalaev R.V., Yu S., Ulyanov A.N., Prudnikov A.M. Selective effect of laser irradiation on diamond-like film growth // Jpn. J Appl. Phys. – 2002. – V.41, №12A. – P.L1393-L1395.

5. Shalaev R.V., Varyukhin V.N., Prudnikov A.M. Influence of UV-radiation on structure and properties of diamond-like -С:N films // Functional Materials. – 2004. – V.11, №3. – P.617-619.

6. Шалаев Р.В., Прудников А.М., Варюхин В.Н., Турка В.Н., Яковец А.А., Жихарев И.В., Беляев Б.В., Грицких В.А. Особенности роста пленок нитрида углерода в присутствии травящих компонент в ростовой атмосфере // Физика и техника высоких давлений. – 2006. – Т.16, №3. – С. 88-95.

7. Варюхин В.Н., Шалаев Р.В., Прудников А.М. Исследование кристаллизации алмазных пленок при действии лазерного излучения // Сборник докладов 12-го международного симпозиума “Тонкие пленки в электронике”. – Харьков, 2001. – С.77-80.

8. Шемченко Е.И., Шалаев Р.В., Пашинская Е.Г. Исследование характеристик алмазоподобных пленок как сверхтвердых покрытий // Сборник докладов 12-го международного симпозиума “Тонкие пленки в электронике”. – Харьков, 2001. – С.146-147.

9. Прудников А.М., Эфрос Б.М., Варюхин В.Н., Шалаев Р.В., Олицкий Л.Н. Оптические исследования пленок CN_xO_y:Er,Si, облученных лазерным излучением в аппарате с алмазными наковальнями // Сборник трудов XIV международного совещания “Радиационная физика твердого тела”. – Севастополь, 2004. – С.493-497.

10. Шалаев Р.В., Варюхин В.Н., Прудников А.М., Эфрос Б.М., Дерягин А.И., Турка В.Н. Особенности роста алмазоподобных пленок нитрида углерода под воздействием УФ-излучения // Сборник трудов XIV международного совещания “Нанотехнология и физика функциональных нанокристаллических материалов”, часть 2. – Екатеринбург, 2005. – С.202-205.

11. Прудников А.М., Шалаев Р.В., Варюхин В.Н. Селективное воздействие лазерного излучения на рост алмазных пленок из газовой фазы // Труды XV Международного совещания “Радиационная физика твердого тела”. – Москва, 2005. – С.159-163.

12. Prudnikov A.M., Varyukhin V.N., Shalaev R.V., Izotov A.I. Research of an energetical spectrum and channels of a relaxation of electronic excitation in the nanostructural carbon films // Proceed. of IX International Conference “Hydrogen materials science and chemistry of carbon nanomaterials”. – Kiev, 2005. – P.778-781.

13. Шалаев Р.В., Прудников А.М., Варюхин В.Н., Яковец А.А., Турка В.Н. Получение пленок нитрида углерода CN_x в условиях электромагнитного облучения // Сборник докладов 7-й Международной конференции “ОТТОМ-7”. – Том 3. – Харьков, 2006. – С.63-66.

14. Прудникова Е.А., Петренко Т.Г., Варюхин В.Н., Шалаев Р.В. Особенности роста пленок нитрида углерода в присутствии кислорода // Сборник докладов 7-й Международной конференции “ОТТОМ-7”. – Том 3. – Харьков, 2006. – С.67-71.

15. Шалаев Р.В., Прудников А.М., Ульянов А.Н., Варюхин В.Н. Модификация наноструктурного аморфного нитрида углерода под воздействием электромагнитного излучения // Сборник докладов Харьковской Нанотехнологической Ассамблеи. – Том 1. – Харьков, 2007. – С.70-74.