WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Узкий, почти симметричный сигнал с g=2,0006, появляющийся в стекле S-имплантированном N+ (рис.1), основываясь на значении g-фактора и характере насыщения линии, отнесен к E'-центру.

В образцах S-2 и S-3 наблюдается узкая линия шириной 0,3-0,4 мТ (рис.1).

Эта линия (S-сигнал) имеет почти симметричную форму и е е эффективный g-фактор в точке пересечения с баз овой линией равен g=2,00212,0032 (0,0005). Обсуждение данного сигнала приводится ниже, так как он наблюдался во многих системах имплантирова нных стекол.

Для всех стекол наблюдалось широкое "плечо", обозначе нное как A. Наличие двух низкополевых пиков в спектре А для некоторых образцов, изменение их относительной интенсивности и положения минимумов в высоких полях в зависимости от имплантируемого иона и дозы, позволило сделать вывод, что сигнал А представляет собой суперпозицию, по крайней мере, двух анизотро пных спектров. В результате компьютерного моделирования были получены параметры спин-гамильтониана индивидуальных линий, вносящих вклад в спе ктры A-типа. Спектры рассчитывались в предположении отсутствия св ерхтонкой структуры.

A' C а) g=2,б) в) g=2,г) S д) g=2,330 331 332 333 334 335 Магнитное поле, мТ Рис.1. ЭПР спектры ион-имплантированного боросиликатного стекла S-2;

(а,б) N+ D=31015 см-2; (в) N+ D=21016 см-2; (г) O+ D=21016 см-2; (д) Ar+ D=21016 см-2. Спектры были записаны при комнатной температ уре с амплитудой модуляции A=0,08 мТ и микроволновой мощностью P=30 мВт для спектров (б-д) и P=0,6 мВт для спектра (а).

3.3. Радиационные дефекты в имплантированных бинарных и мног окомпонентных фосфатных стеклах Стекла №№ 3-5 (Табл.1) подвергались импланта ции ионами N+, O+, Ar+, Mn+, Cu+, и Pb+ при энергии E=150 кэВ до номинальных доз, равных D =31015, D2=21016 и D=1017 ионов/см2. Стекла №№ 7-9 облучались ионами N+ (E=150 и 80 кэВ, D=1,51016 и D=21016 ионов/см2, соответственно).

Показано, что спектр содержит S-сигнал, наблюдаемый в образцах S-2 и S-и широкое плечо, обозначенное A'. Результаты изохронного отжига показали, что данные линии принадлежат различным центрам. Другие спектры наблюдаются в имплантированных образцах фо сфатных стекол P-13 и P-55 (рис.2). Это широкие анизотропные спектры, которые в ни зкополевой части содержат длинное "плечо" со слабыми пиками.

Данные спектры, в отличие от анизотропных А-спектров, наблюдаемых в боросиликатных стеклах и P-1, обозначены в работе через B.

Таким образом в боросиликатных, силикатных, фосфатных и алюмофосфа тПервая производная сигнала поглощения, отн.ед.

а) 320 325 330 335 Магнитное поле, мТ.

100 б) BB2 B1 BB0 B---100 --150 -321 325 330 Магнитное поле, мТ.

Рис.2 а) Экспериментальные спектры стекол Ca-40 (сплошная линия) и P-(пунктирная линия), имплантированные ионами N+ при E=150 кэВ;

б) Модельные спектры B1, B2 и B3, использованные при расчете спектров ЭПР стекол Ca-40 и P-13.

ных стеклах наблюдается S-сигнал, а также широкие анизотропные спектры А и В- типа, которые идентичны по своему характеру, но различаются значениями величины gz. Более того, как те, так и другие, н аблюдаются и в фосфатных и силикатных стеклах.

Первая производная поглощения, отн.ед.

Первая производная поглощения, отн.ед.

3.4. Радиационные дефекты в имплантированных боратных стеклах.

Стекла №№10-12 на алюмоборатной основе, имплантирова лись ионами N+ при Е=150 кэВ и дозе 1,51016 см-2.

Установлено, что в случае алюмоборатных сте кол при некоторых имплантационных условиях в спектрах ЭПР наблюдается дырочный боратный центр, о бразующийся обычно в -облученных стеклах и известный под названием "пять линий плюс плечо", форма и параметры которого определяются свер хтонким взаимодействием с ядрами В. Моделирование спектра образцов B -1 и B-3 проводилось с учетом тонкой структуры, обусловленной взаимодействием несп аренного электрона с ядром В (спин I=3/2). Главные значения g для этого спе ктра равны: gz=2,0350,005; gy=2,01180,0005; gx=2,00200,0005; константы сверхтонкой структуры (в 10-4 см-2) равны: Az=72, Ay=131 и Ax=121. Также наблюдалась линия в поле 340 мТ, связанная с азотом.

3.5. Молекулярный ион кислорода O- как доминирующий дефект в имплантированных оксидных стеклах Во всех изученных стеклах доминирующим дефектом является молекуля р5,а) 4,3,2,1,0,0 20 40 Атомная масса 5,б) 4,3,2,1,0,0 20 40 Атомная масса Рис.3 Зависимости числа дефектов от атомной массы имплантируемых и онов, ответственных за: (а) A-спектр в стеклах S-3 () и S-2 (); (б) B-спектр для стекол P-13 () и P-55 ().

ный ион кислорода O-. Всего выявлено 9 типов спектров этого иона, отлича ющихся спектральными параметрами в зависимости от ближайшего окруж ения, -(x10 см ) Число дефектов, -(xсм ) Число дефектов, которые в разных сочетаниях позволяют построить спектры, совпадающи е с экспериментально наблюдаемыми.

Образование междоузельных ионов O- связано со смещением атомов к ислорода. Такое смещение может происходить как в результате упругих (яде рных) столкновений, так и при неупругих (электронных) взаимодействиях. Электронная составляющая энергетических потерь убывает с массой падающих ионов так же, как и число дефектов, ответственных за А - и В-спектры (рис.3). Установлено, что атомный номер имплантируемого иона при прочих равных условиях, определяет число молекулярных ионов кислорода. Как можно ви деть на рис.3, легкие ионы более эффективны в генерации ионов O-, чем тяжелые.

Количество ионов О2-, оцененное из спектров ЭПР, максимально в боратных стеклах и уменьшается в ряду бора тные > силикатные > боросиликатные > фосфатные > алюмофосфатные стекла.

3.6. Парамагнитные дефекты, индуцированные ионной имплантацией во фторидных стеклах.

Стекла FAG-36 облучались ионами B+, N+, O+, Ar+, Mn+, Cu+, Pb+ с энергией Е=150 кэВ и номинальной дозой D=2 1016 см-2. Затем эти образцы отжигались при температурах, меняющихся от 325 до 550 K.

Установлено, что спектры радиационных дефектов, индуцируемых во фт оралюминатных стеклах соударением с тяжелыми частиц ами, представляют собой суперпозицию нескольких линий от различных дефектов. Во-первых, это узкий сигнал лоренцевой формы. Этот сигнал ведет себя аналогично S-сигналу, наблюдаемому в оксидных стеклах Во-вторых, во фторалюминатных стеклах так же, как и в -облученных фторидных стеклах, наблюдается дефект, извес тный под названием «центральный резонанс» или CR-линия. И, наконец, еще одна компонента спектра, имеющая наибольшую интенсивность в образцах, имплантированных кислородом. Сделано предположение, о ее связи с кислородсодержащими дефектами.

Вклад CR-линии невелик по сравнению с вкладом от молекулярных ионов кислорода O-, присутствующих в исследуемых сте клах в качестве примеси.

ГЛАВА 4 Парамагнитные центры, связанные с имплантацией н епереходных элементов 4.1. Центры от молекул NO2 в имплантированных оксидных стеклах На основании результатов компьютерного моделирования и анализа литер атурных данных установлено, что наблюдаемый в фосфатных стеклах с соде ржанием Р2О5 ниже 50 мол.%, некоторых силикатных и боратных стеклах, и мплантированных ионами N+, дублетный сигнал с расщеплением ~12 мТ относится к молекулам NO2. Из ЭПР данных сделан вывод, что содержание молекул NО2 в стекле составляет 2-4 % от полного числа имплантированных ионов азота.

Отсутствие данного сигнала или его низкая концентрация в сил икатных стеклах и образце Si-2 обусловлены предпочтительным образованием св язей Si-N.

4.2. Центры в оксидных стеклах, связанные с угл еродом Обсуждается узкий, почти изотропный S-сигнал с g-фактором близким к g-фактору свободного электрона, наблюдаемый практически во всех имплантированных стеклах, включая фторидные. Высокое содержание углерода на и мплантируемой поверхности стекла (по данным рентгеновской фотоспектроск опии) позволило связать этот сигнал с углеродом, попадающим на образец в процессе имплантации.

Pb S Z A S Ar 330 331 332 333 334 335 336 337 338 Магнитное поле, мТ Рис.4 Экспериментальные ЭПР спектры (сплошные линии) и модельный спектр (кружки) стекла P-1, имплантированного ионами Pb+ и Ar+ при E=150 кэВ и D=21016 см-2.

Тот факт, что S-сигнал имеет наибольшую интенсивность во всех стеклах, имплантированных кислородом, позвол ило отнести его к дефекту, содержащ ему кислород. Специально поставленные эксперименты по имплантации углер ода в стекла показали, что в их спектрах появляе тся сигнал, подобный S-линии.

Анализ литературных данных позволил отнести эту линию к и онам CO-.

4.3.Парамагнитные центры, связанные со свинцом в окси дных стеклах + Образцы №№1-8 (см. Табл.1) облучались ионами Pb с энергией Е=150 кэВ и дозах от 31015 до 1017 см-2.

Отличительной чертой образцов, имплантированных ионами Pb+, является присутствие в некоторых из них линии Z с g~2 (рис.4) и шириной между экстремумами производной ~0,7 мТ.

Первая производная поглощения, отн.ед.

Эта линия наблюдается только в фосфатных сте клах, ее интенсивность возрастает с дозой, но выше 1017 см–2 линия не наблюдается. Она не насыщается ми кроволновой мощностью 50 мВт. Важно заметить, что линия Z не наблюдается в образцах тех же составов, имплантированных другими ионами. Анализ значений g-факторов и ширин линий для ранее из ученных сигналов, связанных со +++ свинцом, внедренным в кристаллы и стекла, позволил отнести его к ионам Pb.

Отмечается, что число центров, ответственных за Z-линию очень мало (~1013 см-2) и составляет ~0,1% от числа имплантируемых ионов свинца. Сделано предположение, что большая часть свинца присутствует, в форме коллои дных частиц металлического Pb, которые дают в оптическом спектре полосу в области 250 нм.

ГЛАВА 5. ЭПР оксидных и фторидных стекол, имплан тированных переходными элементами Приведены и обсуждаются результаты имплантации переходных элементов в оксидные и фторидные стекла.

Исследовались кварцевое и мн огокомпонентные стекла на силикатной и фосфатной основе, имплантированные переходными элементами Сu, Mn, Co и Cr, а также содержащие серу многоко мпонентные силикатные стекла, импла нтированные Cr или Cr и Сu одновременно. Все изученные образцы обнаруживали узкие ЭПР сигналы, локализованные в области g2 и принадлежащие радиационно-индуцированным парамагнитным центрам, которые обсу ждаются в Главе 3. В данной главе рассматриваются только спектры имплантированных переходных элементов.

5.1. ЭПР в Cu-имплантированных оксидных стеклах 2+ Установлено, что медь в состоянии Сu входит в силикатные и фосфатные стекла в количестве 10% от всей введенной меди, при этом она образует свои характерные комплексы в виде вытянутых октаэдров. При сравнительно ни зкой 2+ концентрации в фосфатных стеклах ионы Сu обнаруживают тенденцию к кл астеризации. В силикатном стекле наблюдается четырехкомпонентная сверхто нкая структура Сu2+ с расщеплением, существенно отличающимся от такового в стекле соответствующего состава, что указывает на различия в ближайшем о кружении иона Сu2+ при введении меди путем ионной имплантации или через шихту с последующим плавлением.

5.2. ЭПР Mn++ и образование антиферромагнитных включений в окси дных и фторидных стеклах, имплантированных Mn+ Показано, что Mn в силикатное стекло входит преимущественно в фор ме иона Mn2+, а в ультрафосфатном стекле при высокодозовом облучении конце нтрация Mn2+ оказалась на два порядка ниже концентрации введенного Mn. При этом в спектре ЭПР наблюдается сверхтонкая структура с параметрами, типи чными для фосфатных стекол.

В силикатном и фосфатном стекле с низким содержанием Р О5 при высоких имплантационных дозах Mn, при комнатной температуре наблюдаются син глет1,0,Отн. интенсивность Ширина линии 0,0,0,120 160 200 240 280 320 360 Т, (К) Рис.5 Температурная зависимость ширины линии, H, и относительной интенсивности ЭПР сигнала Mn2+ в стекле S-2, имплантированном ионами Mn+ с энергией E=150 кэВ при дозе D=1017 см-2.

летные обменно суженные линии, обнаруживающие аномальную завис имость интенсивности и ширины при п онижении температуры наблюдения (рис.5), указывающие на образование антиферромагнтных микрокристаллических ча стиц MnО. Установлено, что во фторалюминатных стеклах образую тся антиферромагнитные микрокристаллические частицы MnF2. И те и другие были идентифицированы по температуре перехода из парамагнитного состояние в ант иферромагнитное, вблизи которой и наблюдаются аномальные зависимости спектров ЭПР.

5.3. Кварцевое и многокомпонентные оксидные стекла, и мплантированные кобальтом + Приведены и обсуждаются результаты имплантации Со в кварцевое стекло и стекла S-2 и P-13 (см. Табл.1).

5.3.1.Кварцевое стекло + Кварцевое стекло КВ типа облучалось ионами Со с энергией Е=200 кэВ при дозах D=(0,1–6)1016 см-2. Установлено по данным ЭПР и оптической спектр оскопии, что при низкодозовом облучении кварцевого стекла ионами Со после дний присутствует как Со2+ в октаэдрической координации, а при термич еской обработке в водородной атмосфере, ч астично переходит в состояние Со+. При высокотемпературной термообработке образуются ферромагнитные ча стицы металлического Со нанометрового диапазона. Установлено, что 75% ионов Со2+ находится в октаэдрической координации, и порядка 15% — в тетраэдрической.

H, ( мТ) Относительная интенсивность, (отн.ед.) 5.3.2. Мнонгокомпонентные оксидные стекла.

Исследовались образцы S-2 и P-13 облученные ионами Со+ с энергией 150 кэВ при дозах D=21015 - 31017 см-2.

Установлено, что при низкодозовом облучении фосфатного стекла ионами 2+ Со последний присутствует как Со в октаэдрической координации, а при те рмической обработке в водородной атмосфере, частично переходит в состояние 2+ Со+. В силикатном стекле ионы Со находятся преимущественно в тетраэдр ической координации. При высокотемпературной термообработке, как и в кварцевых стеклах, образуются ферромагнитные частицы металлического Со н анометрового диапазона.

5.4. Образование нанокомпозитов в стеклах, имплантированных пер еходными элементами Описывается использование фазовых переходов, для определения состава сложных соединений. Особый интерес представляет осаждение в имплантир ованном слое шпинелей, обладающих интересными магнето -оптическими свойствами.

5.4.1. Шпинель MgCr2OСтекло состава близкого к составу м инерала кордиерит (52SiO2-35Al2O313MgO), имплантировалось ионами Cr+ (Е=150 кэВ при дозах D=101631017 см-2).

При низкодозовом облучении обнаружены спектры ЭПР, характерные для "изолированных" ионов Cr3+ в октаэдрической координации. С увеличением д озы преобладает сигнал ЭПР от кластеров Cr3+. Установлено, что при термической обработке образуются микрокристаллические частицы шпинели MgCr2O4, идентифицированные на основании температурной зависимости спектров ЭПР и ее сравнении с таковой для поликристаллического MgCr2O4, обнаруживающего переход из парамагнитного сос тояния в антиферромагнитное.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»