Анотація до роботи:

Пеньков О.В. Міжшарова взаємодія у багатошарових нанорозмірніх покриттях на основі молібдену та кремнію при опроміненні іонами гелію та нагріві. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. -Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України, Ха-рків, 2006.

Дисертація присвячена встановленню механізмів атомного перемішування у багатошарових нанорозмірних плівкових композиціях на основі кремнію за іонно-променевої, термічної та радіаційної дії; дослідженню закономірностей іонно-променевого перемішування і дифузії у багатошаровій плівковій композиції (БПК) з бар’єрними шарами

Досліджено процеси іонно-променевого перемішування в БПК Mo/Si при опроміненні іонами He+ з енергією 40 кеВ і дозами до 410¹⁶ см^-2. Вивчено вплив температури на іонно-променеве перемішу-вання БПК. Встановлені інтервали слабкої і сильної залежності пере-

17

мішування від температури. Визначено енергію активації процесів перемішування для цих інтервалів. Вивчена роль вуглецевих бар'єрів в ослабленні перемішування як при термічній, так і при іонно-променевій дії. Досліджена дифузійна взаємодія в БПК Mo/Si в інтервалі температур 275 - 450 С.

У дисертаційній роботі вирішена задача щодо встановлення закономірностей і механізмів іонно-променевого перемішування і дифузійної взаємодії в багатошарових періодичних покриттях на

13

основі нанорозмірних шарів молібдену і кремнію при опроміненні іонами гелію, нагріві і сумісній дії цих факторів. У результаті комплексного застосування таких методів дослідження як просвічу-вальна електронна мікроскопія, рентгеноструктурний фазовий аналіз, малокутова рентгенівська дифрактометрія у поєднанні з комп'юте-рним моделюванням, рентгенівська фотоелектронна спектроскопія та інш., отримані такі наукові і практичні результати.

1. Встановлено, що іонно-променеве перемішування в БПК Mo/Si
при опроміненні іонами гелію з енергією 40 кеВ і дозами опромінення
310¹⁵ - 410¹⁶ см^-2 при кімнатній температурі характеризується такими
особливостями:

реалізується балістичний механізм перемішування, інтенсивність перемішування лінійно зростає із збільшенням дози опромінення, основний внесок до перемішування вносять первинно-вибиті атоми;

перемішування відбувається переважно за рахунок перерозподілу речовини між перемішаними зонами і кремнієм, спостерігається зменшення товщини шарів молібдену і кремнію і збільшення перемі-шаних зон, товщина перемішаних зон збільшується за рахунок виби-вання молібдену з початкових зон в шари кремнію, що приводить до збільшення концентрації кремнію в перемішаних зонах і зменшення їх густини;

перемішування протікає неоднорідно по товщині багатошарового покриття відповідно до розподілу енергії, яка виділилась в пружних зіткненнях;

при опроміненні формуються стискаючі механічні напруження, що призводить до деформації підкладки з БПК.

1. Показано, що залежність інтенсивності іонно-променевого перемі-шування в БПК Mo/Si від температури має дві чітко виражені лі-нійні ділянки з точкою перегину поблизу 260С . На ділянці слабкої температурної залежності (T < 260С) реалізується балістичне пере-мішування первинно-вибитими атомам, а на ділянці сильної температурної залежності (T > 260С) – дифузійне перемішування за рахунок міграції радіаційних дефектів.

2. Вперше показано, що вуглецеві бар'єрні шари товщиною 0.5 нм, нанесені на міжфазні межі в БПК Mo/Si, істотно уповільнюють іонно-променеве перемішування при опроміненні іонами гелію з енергією 40 кеВ за рахунок усунення внеску перемішаних зон MoSi₂. Перемі-

14

шування в БПК Mo/C/Si/C при дозах, більших ніж 1.510¹⁶ см^-2, відбувається за рахунок імплантації молібдену в бар'єрні шари і кремній і імплантації кремнію і вуглецю в молібден.

4. При пострадіаційному відпалі БПК Mo/Si, опромінених іонами гелію при кімнатній температурі, відбувається насичення перемі-шаних зон, що сформувалися при опроміненні, молібденом. При цьо-му спостерігається зменшення товщини шарів молібдену і деяке збільшення товщини перемішаних зон. Товщина шарів кремнію не змінюється. Після того, як густина перемішаних зон зростає до значень, відповідних щільності силіциду MoSi₂, структура БПК при подальшому збільшенні тривалості відпалу не змінюється.

5. Показано, що зміна швидкості росту перемішаних зон на поча-ткових стадіях відпалу викликана збільшенням енергії активації ди-фузії. Енергія активації дифузії на межі Si-на-Mo збільшується з 0.1 до 2.2 еВ, а на межі Мо-на-Si з 0.7 до 2.2 еВ.

6. Вперше визначений хімічний склад аморфних перемішаних зон в БПК Mo/Si в початковому стані. Показано, що вони складаються з си-ліциду молібдену MoSi₂.

7. Ефективним способом підвищення радіаційної стійкості молібден-кремнієвих рентгенівських дзеркал при опроміненні іонами гелію разом з введенням вуглецевих бар'єрів на міжшарових межах є створення дзеркал на основі фазово-рівноважної системи MoSi₂/Si, в якій іонно-променеве перемішування при опроміненні іонами гелію не спостерігається до дози опромінення 210¹⁶ см^-2.

8. Продемонстрована ефективність методики спільного використання електронної мікроскопії поперечних зрізів і малокутової рентгені-вської дифрактометрії з комп'ютерним моделюванням дифракційних кривих для дослідження іонно-променевого перемішування в багато-шарових періодичних композиціях на субнанометровому рівні.

9. Збільшення товщини прошарку MoSi₂ на межах Si/Mo і Mo/Si до 4 нм у початковому стані призводить до того, що на першому етапі опромінення (до 110¹⁶ см^-2) процес перемішування відбувається ті-льки на фазово-нерівноважних межах Mo/MoSi₂. При цьому зміни періоду БПК не спостерігається. Друга стадія починається тоді, коли підвищується концентрація молібдену в силіциді, і порушується хімічна рівновага на межах між силіцидом і кремнієм. Друга стадія перемішування супроводжується зменшенням періоду БПК.

15

Публікації автора:

1.Ионно-лучевое перемешивание в многослойных периодических композициях Мо/Si / Д.Л. Воронов, Е.Н. Зубарев, В.В. Кондратенко, А.В. Пеньков, В.А. Севрюкова, Т.И. Перегон, Л.П. Тищенко // Металлофизика и новейшие технологии. – 2004.- Т.26, №6. - C. 753-763.

2.Features of diffusion mixing in Mo/Si multilayers / A.V. Penkov, D.L. Voronov, A.Yu. Devizenko, A.G. Ponomarenko, E.N. Zubarev // Функциональные материалы. - 2005. - Т. 12, № 4. - C. 750-754.

3.Температурная зависимость ионно-лучевого перемешивания в многослойных периодических покрытиях Mo/Si / А.В. Пеньков, Д.Л. Воронов, Е.Н. Зубарев, В.В. Кондратенко, А.Г. Пономаренко, В.А. Севрюкова, В.В. Бобков, Т.И. Перегон, Л.П. Тищенко // Металлофизика и новейшие технологии. - 2006. - Т. 26, № 1-2. - C. 183-192.

4.Ионно-лучевое перемешивание в многослойных периодических композициях Mo/Si и Mo/C/Si/C при облучении ионами гелия / А.В. Пеньков, Е.Н. Зубарев, О.В. Польцева, А.Г. Пономаренко, В.В. Кондратенко, В.В. Бобков, Т.И. Перегон, Л.П. Тищенко // Известия РАН, Серия Физическая. - 2006. - Т.70, № 6. - C. 917-920.

5.Ионно-лучевое перемешивание в многослойных рентгеновских зеркалах Mо/Si / Д.Л. Воронов, Е.Н. Зубарев, В.В. Кондратенко, А.В. Пеньков, Т.И. Перегон, Л.П. Тищенко // Сборник докладов 14-го Международного симпозиума “Тонкие пленки в оптике и электронике”. - Харьков 2002. – Ч.2. – С. 168-175.

6.The structure of interfaces in as-deposited, annealed and irradiated Mo/Si multilayers / E.N. Zubarev, V.V. Kondratenko, V.A. Sevryukova, V.I. Pinegin, A.V. Penkov, S. Yulin, T. Feigl, T. Kuhlmann, N. Kaiser // International conference of thin films. - Bratislava, 2002. - P. 212.

7.Initial stages of interfacial interaction in Mo/Si multilayer coatings during irradiation by He ions / A.V. Penkov, O.Yu. Devizenko, D.L. Voronov, V.V. Kondratenko, V.A. Sevryukova, E.M. Zubaryev, T.I. Peregon, L.P. Tishenko // Збірник тез Міжнародної конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики «Еврика-2004». - Львів Україна 2004. - С.164.

8.Начальные стадии ионно-лучевого перемешивания в многослойных периодических композициях Mo/Si / Д.Л. Воронов,

16

Е.Н. Зубарев, В.В. Кондратенко, А.В. Пеньков, В.А. Севрюкова, Т.И. Перегон, Л.П. Тищенко // Сборник докладов V Международная конференция "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении". - Воронеж Россия 2004. - Т.2. - C. 93-95.

9.Межслоевое перемешивание в многослойных периодических композициях Mo-Si при облучении ионами гелия / Д.Л. Воронов, Е.Н. Зубарев, В.В. Кондратенко, А.В. Пеньков, В.В. Бобков, Т.И. Перегон, Л.П. Тищенко // Материалы XVII Международной конференции "Взаимодействие ионов с поверхностью". - Звенигород 2005. - Т. 2. - C. 44.

10.Interfacial mixing in Mo/Si multilayer coatings during irradiation and annealing / A.V. Penkov, O.Yu. Devizenko, D.L. Voronov, V.V. Kondratenko, A.G. Ponomarenko, E.M. Zubarev, V.V. Bobkov, T.I. Peregon, L.P. Tishenko // Abstract book of the International Conference "Crystal Materials '2005". - Kharkov 2005. - P. 211.