Фазові і структурні перетворення у нанорозмірних рентгенооптичних багатошарових композиціях - Автореферат

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наукУ останні роки в окремий науковий напрямок виділилася проблема розробки, виготовлення і дослідження оптичних елементів на основі багатошарових періодичних плівкових композицій, які одержали назву багатошарових рентгенівських дзеркал (БРД), для керування електромагнітним випромінюванням у діапазоні довжин хвиль ~1-30 нм. Таким чином, для практичного освоєння діапазону мякого рентгенівського випромінювання необхідно створення фізичних основ вирощування твердотільних функціональних матеріалів - багатошарових нанорозмірних плівкових композицій, які відзначаються високими рентгенооптичними властивостями і стійкістю до термічної і радіаційної дій. Робота виконувалася на кафедрі фізики металів і напівпровідників відповідно до планових завдань науково-дослідного відділу Харківського державного політехнічного університету й у рамках міжнародних проектів: - “Теоретична й експериментальна розробка і комплексні дослідження нових довговічних функціональних плівкових матеріалів з унікальними фізичними властивостями для застосування в якості відповідальних елементів приладів і пристроїв новітньої техніки” (наказ Мінвузу України №78 від 21.03.91, номер держреєстрації 0193У027850); Метою даної роботи є розвиток фізичних уявлень про процеси, що відбуваються в багатошарових нанорозмірних плівкових рентгенооптичних композиціях при їхньому формуванні і нагріванні, встановлення взаємозвязку між змінами структури шарів, міжшарових меж і конструкції багатошарових композицій у цілому з одного боку і рентгенооптичних характеристик з іншого, створення високоефективних рентгенооптичних елементів і систем на основі багатошарових плівкових покрить. дослідити вплив умов і методів формування багатошарових плівкових нанорозмірних композицій на структуру їхніх шарів, міжшарових меж і рентгенооптичні властивості;Проведено аналіз механізмів росту плівок, дифузійної взаємодії матеріалів між собою в процесі росту або наступної експлуатації, а також існуючих методів вирощування тонких шарів із погляду можливості формування нанорозмірних багатошарових композицій. 2) висока геометрична досконалість, яка полягає у чергуванні з високим ступенем періодичності гладких, суцільних шарів, що не змішуються, двох матеріалів товщиною в декілька міжатомних відстаней і більше; Високе поглинання всіма речовинами мякого рентгенівського випромінювання, а також низька оптична густина всіх матеріалів і, у звязку з цим мала відмінність коефіцієнта заломлення від одиниці, виключають можливість створення для даної частини електромагнітного спектра традиційної оптики. Одношарові покриття також не можуть бути використані для керування мяким рентгенівським випромінюванням, оскільки, як випливає з формули Френеля, коефіцієнт відбиття нормального падіння R такого покриття малий (для l~5 нм R~10-4). Першим вибирається матеріал із найменшим поглинанням, а другим - матеріал, що забезпечує максимальний коефіцієнт відбиття на межі з першим матеріалом.Поряд із міжшаровою шорсткістю методом електронної мікроскопії поперечних зрізів було виявлено в БРД: Формування аморфних перемішаних зон у процесі вирощування дзеркал. Візуалізація цих зон стає можливою у випадку, коли шари Мо знаходяться в кристалічному стані з розміром зерна перпендикулярно шарам більш 1-1,5 нм. Приймаючи до уваги більш низьку теплоту утворення карбідів Мо в порівнянні з боридами Мо, формування останніх у процесі виготовлення дзеркал здається менш імовірним. Погіршення структурної досконалості молібденових шарів повязано з дифузією атомів С із шарів (В С) у шари Мо з наступним утворенням карбідів. Необхідно відзначити, що структурні і фазові перетворення, які відбуваються в БРД при нагріванні впритул до 1200К не призводять до істотних змін ступеня геометричної досконалості багатошарової композиції.Отримані в роботі експериментальні дані і розвинені в ній уявлення про процеси зародження, міжшарової взаємодії, структурні і фазові перетворення у тонкоплівкових шаруватих системах, а також запропоновані й експериментально реалізовані способи підвищення їхньої стійкості при підвищених температурах забезпечили вирішення проблеми розробки фізичних основ формування нового типу твердотільних функціональних матеріалів - багатошарових нанорозмірних плівкових композицій, зокрема з підвищеною термічною і радіаційною стабільністю. У результаті міжшарової взаємодії відбувається формування перехідних зон на міжшарових межах поділу, утворення нових фаз, перерозподіл товщин шарів, розвиток міжшарової шорсткості, зменшення періоду, виникнення механічних напруг і, в остаточному підсумку, руйнування багатошарової системи. нагрівання, за відсутності міжшарової взаємодії, ініціює структурне вдосконалювання шарів і дифузію уздовж міжшарових меж, забезпечуючи зниження рівня вільної енергії за рахунок зменшення ступеня структурної нерівноважності і скорочення площі міжфазних меж поділу.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ