WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

Исследование CVD алмазов при работе с -источником проводились в Институте физики плазмы на установке по проверке фотодиодов. Длина пробега -частицы с энергией в 5.39 МэВ от Am241 составляет в алмазе около 10 мкм. Образец устанавливался в камеру, где подключался к электронному тракту, затем в камеру на расстоянии 5 см от образца устанавливался -источник Am241, после чего камера откачивалась. Спектр от -источника не наблюдался вплоть до приложенного к электродам напряжения U=900 В. В случае, когда -частицы бомбардируют поверхность CVD алмаза со стороны подложки, спектр собственных шумов электронного тракта совместно с собственными шумами образцов не претерпевает изменений при изменении приложенного напряжения U = 0—900 В. Однако при облучении -частицами ростовой стороны при изменении приложенного напряжения U = 0—900 В, вид спектра шумов меняется (рис.18), что указывает на присутствие в спектре полезного сигнала от -источника.

Рис. 18. Спектр шумов при облучении ростовой стороны CVD алмаза.

Для оценки величины длины собирания d исследуемых образцов CVD алмазов была проведена калибровка энергетической шкалы анализатора с использованием кремниевого детектора. По результатам оценки длина собирания исследуемого образца d составила 2.5 мкм при напряженности электрического поля 36 кВ/см.

Полученные значения d ~2 мкм оказались существенно меньше длин собираемых зарядов в лучших образцах природных алмазов (20-30 мкм) и наиболее совершенных алмазных пленках (50-80 мкм). Это было связано с наличием в наших образцах определенного количества примесей и дефектов, снижающих как подвижность, так и время жизни носителей заряда.

Анализ примесей в одном из образцов (СВ2) методом вторично-ионной массспектрометрии (ВИМС) показал наличие примесей - 0.006% Si, 0.007% N, 0.3% O, а также следы алюминия. Помимо примесных центров носители зарядов могут захватываться на различных структурных дефектах, локализованных на границах зерен и двойников, дислокациях, нанопорах, аморфизованных областях и т.д.

Как уже отмечалось выше, алмаз, благодаря своим уникальным свойствам (высокая радиационная стойкость, максимальная температурная проводимость при комнатной температуре), является перспективным материалом для рентгеновских детекторов, особенно для мониторирования мощных синхротронных пучков. Поскольку алмаз – материал с низким Z, и тонкие пластины поликристаллического CVD алмаза могут достигать в диаметре 30 см, то он может быть использован при изготовлении окон для вывода пучка и длительного его in-situ мониторирования.

В ЛЭВЭ ФИАН совместно с Институтом Общей Физики были проведены работы по исследованию CVD алмазных детекторов для регистрации синхротронного излучения от электронного пучка ускорителя С60.

Для работы с синхротронным излучением от электронного пучка ускорителя С-60 были изготовлены два детектора с разной геометрией собирающих электродов (рис.19 а и в). Для детектора с геометрией электродов типа «сендвич» (рис.19 а) использовался неполированный образец А96 толщиной 0.14 мм и диаметром 25 мм. Электроды представляли собой аморфный углерод диаметром 20 мм, который был сформирован бомбардировкой ионов азота с энергией 15.5 кэВ (доза облучения составила D=2х1018 1/см2) как образующей, так и ростовой поверхности образца на установке ГЕЛИС. Толщина этого непрозрачного модифицированного слоя составляла ~ 20 нанометров, что соответствовало расчетам по проективному пробегу ионов азота в углероде. Отжиг образца после ионной бомбардировки не производился. Сильное уменьшение алмазной линии в Рамановском спектре пленки в облученной области было обнаружено по высокой абсорбции Ar+ лазерного луча, используемого для рассеянного возбуждения.

Сопротивление контактов было 25 Ом на образующей стороне и 3 Ом на ростовой стороне. Преимущество таких тонких углеродных контактов, по сравнению с металлическими контактами, в их низкой атомной массе и, следовательно, в меньших потерях пропускаемого рентгеновского излучения.

Рис. 19. Детектор с геометрией электродов типа «сендвич» (а) и детектор с планарными электродами (б).

Для изготовления второго детектора (рис.19 в) с планарной стриповой структурой электродов из никеля (Ni) использовался образец В. Никель напылялся на ростовую сторону этого образца после её механической полировки, затем методом стандартной литографии изготавливались гребенки электродов шириной 50 м и зазором между электродами по поверхности алмаза 50 м. Толщина никелевых электродов была нанометров, полная площадь занимаемая структурой электродов составляла 5х5 мм.

Полный поток энергии синхротронной радиации на детектор А96 был равен 330 милиДж/(1011 е- за цикл), в этом случае детектор облучался полным спектром синхротронного излучения в диапазоне длин волн 0.1-1000 наном.

Поток энергии можно было уменьшить до 7 милиДж/(1011 е- за цикл) при использовании 6 мкм алюминиевого фильтра. Независимо от значения потока энергии было замечено уменьшение амплитуды сигнала от цикла к циклу (рис.20). Восстановление амплитуды сигнала происходило после изменения полярности потенциалов, приложенных к электродам или в случае длительной (не менее 1.5 часов) рабочей остановки ускорителя.

Характеристика сигнала практически не менялась при изменении стороны алмазного детектора по отношению к облучаемому пучку. Постепенное падение сигнала вызвано поляризацией алмаза. Этот эффект хорошо известен для алмазных детекторов и вызван наличием в нем дефектов. Носители заряда, появляясь при абсорбции фотонов, захватываются ловушками и дефектами и создают в алмазе электрическое поле, которое уменьшает эффективное поле.

Рис. 20. Падение величины отклика с детектора А96.

По сравнению с образцом А96, на образце В поляризационного эффекта замечено не было. При увеличении напряжения на электродах от 9 до 80 В было обнаружено уменьшение отношения сигнал-шум. Возможно, это уменьшение вызвано увеличением токов утечки из-за разогрева никелевых электродов под действием синхротронного излучения.

Таким образом, первые тесты CVD алмазных детекторов для мониторирования пучка СИ на ускорителе С-60 показали возможность использования двух типов детекторов из CVD алмаза. Сравнение результатов, полученных при работе этих детекторов, показывает, что для регистрации УФ детекторы с планарными электродами эффективней. При этой геометрии электродов электрическое поле сконцентрировано у ростовой поверхности, а поскольку фотоны не проникают глубоко внутрь алмаза, то практически все носители образуются у ростовой поверхности кристаллитов, где количество дефектов и пересечений границ между гранулами, которые встречаются при транспортировке носителей к электродам, существенно меньше.

Для изучения характеристик пучка синхротронного излучения без большого ослабления необходимо разработать детектор с низким абсорбционным сечением в области мягкого рентгена и, конечно же, использование CVD алмаза для этих целей представляется перспективным.

Исследования детектора с электродами типа «сендвич» из аморфного углерода показали возможность создания такого детектора, однако для его эффективной работы необходимы пленки алмаза высокой чистоты и с малым количеством ловушек и дефектов.

Одним из достоинств CVD алмазных пленок является их технологичность, возможность создавать заданный сложный рельеф на их поверхности, осуществлять их травление для получения отверстий различной формы. Автором данной работы было предложено использовать CVD алмазные пленки для изготовления ГЭУ. Действительно, в настоящее время для изготовления ГЭУ используется в основном покрытая с обеих сторон медью полиимидная пленка толщиной 25 мкм, которая определяет ряд недостатков ГЭУ:

- невысокое газовое усиление (~10);

-выход из строя ГЭУ при пробоях по поверхности полиимида (короткое замыкание между электродами по углеродной дорожке на поверхности полиимида);

-зависимость усиления от загрузки, вызванная зарядкой открытых участков полиимидной пленки, удельное сопротивление которой меняется под действием радиации.

Кроме того, процесс изготовления детекторов с применением ГЭУ на полиимидной пленке сложен и не технологичен при массовом производстве.

Поскольку сборка таких детекторов осуществляется вручную, то и рабочие характеристики этих детекторов могут иметь сильный разброс из-за влияния человеческого фактора, поэтому ведется поиск более технологичного материала для ГЭУ, и таким материалом вполне заслуженно может быть CVD алмаз. Объемное сопротивление CVD алмазных пленок зависит от скорости роста и может меняться в широких пределах. Для изготовления ГЭУ вполне подошел бы «черный», более дешевый CVD алмаз толщиной ~100 мкм с удельным сопротивлением 109-:-1010 Ом·см, при такой толщине пленки можно было бы стабильно работать при газовом усилении ~1000.

Совершенствование технологии изготовления пластин CVD алмаза с большим количеством микронных отверстий позволит создавать приборы для регистрации ионизирующего излучения в сильных радиационных полях, работающих как с газом в режиме газового усиления, так и в вакууме в режиме умножения вторичных электронов на стенках микроканальной пластинки из CVD алмаза.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Разработана многоцелевая электрофизическая установка “ГЕЛИС”, которая позволяет осуществлять контролируемое ионное распыление разнообразных мишеней для получения пленок новых материалов, имеющих практическое применение в различных областях науки и техники.

2. Исследованы закономерности ионного распыления и вторичной ионно-электронной эмиссии новых композиционных материалов с включениями эмиссионно-активной фазы (ЭАФ), в качестве которой использовался LaB6 или GdBB.

3. Показано, что обработка пучком ионов поверхности композиционного материала, представляющего собой зерна алмаза, связанные графитоподобным углеродом, позволяет сформировать на ней острийную структуру из алмазов, поверхность которых под действием облучения ионным пучком аморфизируется на глубину пробега ионов, обеспечивая необходимую для полевого эмиттера проводимость и усиление поля на остриях. На полевой эмиттер и способ его изготовления получен патент Российской Федерации.

4. Проведены исследования по захвату и накоплению изотопов водорода при переосаждении внешних по отношению к плазме материалов (графит и бериллий). Показано, что в процессе совместного осаждения ионов дейтерия и ионов оксида бериллия относительно высокое содержание дейтерия в полученных пленках BeO (около 0,2 для отношения D/BeO) наблюдается даже при температуре осаждения 800 К.

5. На установке “ГЕЛИС” методом ионно-лучевого распыления были воспроизводимо получены монокристаллические пленки системы Y-Ba-Cu-O без последующего отжига с температурой перехода в сверхпроводящее состояние Тс(R=0)=89 K. На способ и устройство для изготовления пленок и монокристаллов сверхпроводящих металлооксидных материалов получен патент Российской Федерации.

6. Отработана технология нанесения полупроводящих покрытий на диэлектрические подложки, используемые при изготовлении детектора ионизирующего излучения – микростриповой газовой камеры (МСГК).

Показано, что для увеличения времени жизни МСГК эти покрытия необходимо наносить под микростриповые электроды, а лучшим материалом для покрытий является высокоомное стекло с электронной проводимостью.

7. Проведены исследования по старению МСГК камер с полупроводящими покрытиями, нанесенными поверх микростриповых электродов. Показано, что одним из вероятных механизмов, способствующих старению МСГК, может быть механизм катодного распыления.

8. Отработана технология изготовления и проведены исследования рабочих характеристик первых российских газовых электронных умножителей ГЭУ на отечественных полиимидных пленках толщиной от до 100 мкм с различной толщиной электродов.

9. Показано, что ГЭУ на полиимидных пленках толщиной 100 мкм совместно со структурой считывания может работать как микроструктурный детектор с газовым усилением > 103.

10. Результаты исследований по МСГК и ГЭУ были использованы при изготовлении, эксплуатации и последующей модернизации детекторов для внутреннего трекера эксперимента HERA-B и в эксперименте COMPASS.

11. Изготовлен и исследован детектор из CVD алмаза для регистрации синхротронного излучения (СИ) с электродами из аморфного углерода, который был сформирован на поверхности алмаза бомбардировкой ионами азота.

Основные результаты диссертации описаны в работах:

1. Багуля А.В., Негодаев М.А. Допустимые потери энергии ионов в мишени и метод прецизионного измерения этих потерь в эксперименте «ГЕЛИС» // Препринт ФИАН № 115, М., 1987.

2. Багуля А.В., Казаков И.П., Максимовский С.Н., Негодаев М.А., Шотов А.П. Пленки YBa-Cu-O, полученные распылением ионным пучком // Краткие сообщения по физике ФИАН, 10 (1988) 38-39;

3. Багуля А.В., Казаков И.П., Негодаев М.А. Получение пленок Y-Ba-Cu-O ионнопучковым распылением // Тезисы докладов 1-го Всесоюзного совещания по высокотемпературной сверхпроводимости. Харьков, т. 3 (1988) 138-139.

4. Багуля А.В., Казаков И.П., Негодаев М.А., Цехош В.И. Влияние условий осаждения на свойства пленок Y-Ba-Cu-O, получаемых ионно-пучковым методом // Тезисы докладов 11-й Всесоюзной конференции по ВТСП. Киев, т. 2 (1989) 289-290.

5. Багуля А.В., Казаков И.П., Негодаев М.А. Применение ионных пучков для получения тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников // Материалы конференции молодых ученых Дальнего Востока ``Применение физических и математических методов в исследовании строения вещества'' (май 1989 г.). Владивосток. (1990) 59-61.

6. Багуля А.В., Казаков И.П., Негодаев М.А., Цехош В.И. Получение пленок Y-Ba-Cu-O IN SITU с использованием ионно-пучкового распыления // Материалы Межотраслевого научно-технического семинара ``Современная технология получения материалов и элементов ВТСП микросхем'' (г.Минск, cентябрь 1990 г.). М., (1990) 1415.

7. Багуля А.В., Казаков И.П., Микертумянц А.Р., Негодаев М.А., Ромащин В.А., Цехош В.И., Юрков А.Н. Применение фотолитографии для создания тонкопленочных элементов на основе Y-Ba-Cu-O // Письма в ЖТФ, 16(16) (1990) 55-58.

8. Лубан Р.Б., Верховодов П.А.,…, Негодаев М.А., и др. Изучение воздействия пучка ионов азота средних энергий на поверхность композиционных материалов // Поверхность. Физика, химия, механика, 6 (1991) 127-131.

9. Багуля А.В., Негодаев М.А., Лубан Р.Б. Изучение распыления композиционных материалов пучками ионов средних энергий // Материалы Х-й Всесоюзной конференции ``Взаимодействие ионов с поверхностью — 1991''. M., т. 1 (1991) 139141.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |






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