WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. 8 05;06;12 Влияние особенностей конструирования дефектных структур кристаллов германия на его пластические свойства © М.А. Алиев, Б.Г. Алиев, Х.О. Алиева, А.Р. Велиханов, Ш.Р. Муталибов, В.В. Селезнев Институт физики Дагестанского научного центра РАН, 367003 Махачкала, Россия e-mail: kamilov@datacom.ru (Поступило в Редакцию 9 декабря 2003 г.) Предложена новая технология конструирования структур полупроводниковых кристаллов пластическим деформированием в электрическом поле, приведена установка, реализующая предложенный способ, позволяющая изучить идею самоорганизации дислокационных, диссипативных структур.

Введение кристалл в присутствии катализатора обнаруживает его уникальные свойства [5].

Практическое использование высоких прочностных свойств атомарных полупроводников ограничено из-за Методика эксперимента низкотемпературной их хрупкости [1]. Германий относится к классу веществ, обладающих максимально высоПластическую деформацию производили тремя спокими значениями теоретической прочности на отрыв и собами: в условиях внешнего нагрева образца печсдвиг, что обусловлено высокой степенью направленнокой сопротивления — термопластическая деформасти ковалентной связи между атомами и обусловливает ция (ТПД), в условиях прохождения электрического высокое сопротивление решетки скольжению дислокатока высокой плотности через образец — электроций [2]. Поэтому и по многим другим причинам поиски пластическая деформация (ЭПД) и в условиях одноразличных способов повышения пластичности при как временной с деформацией реализации электропереноса можно низких температурах и изучение взаимосвязи примесных и собственных атомов на анодно-катодных между структурой и свойствами полупроводниковых частях образца — электропереносно-пластическая декристаллов являются задачей актуальной как с теореформация (ЭППД) [6].

тической, так и прикладной точек зрения [3].

Деформацию производили в камере, размещенной на Известно, что монокристаллы являются примером установке прессового типа, позволяющей производить организации структуры, процесса, который не несет инвсе способы, деформации в динамическом и статиформации об эволюции структуры кристаллов в целом.

ческом режимах с записью на самописце. Датчиками Критерием перехода от организации к самоорганизации для записи усилия служит тензодинамометр, для переструктуры служит обеспечение протекания процесса в мещения — индуктивный преобразователь. Установка условиях, далеких от термодинамического равновесия, позволяет также деформировать кристаллы в широких наличие признаков неустойчивости и открытости [4].

пределах температур, усилий, скорости нагружения как В настоящей работе использован синергетический в динамическом, так и в статическом режимах. Основная способ воздействия на кристалл, обеспечивающий услоцель постановки эксперимента заключалась в выяснении вия неравновесности созданием естественных градиензависимости пластических свойств монокристаллов гертов давления, температуры и концентрации. Этим усломания от способов деформирования и закономерности виям удовлетворяет пластически деформируемое тверих изменения под воздействием различных временных дое тело (ПДТТ), по которому проходит постоянный ток режимов. В результате применения нового способа высокой плотности (в электрическом поле), где реалипластического деформирования выявлены факты сущезована одновременно с деформацией электродиффузия ственного различия как в способах деформирования, атомов. Состояние энергетического спектра электронов так и режимах. Перед известным термопластическим в кристаллах полупроводников легко можно изменить методом (ТПД способ) новые электропластические ЭПД при наложении на него постоянного или переменного и ЭППД способы имеют ряд преимуществ. Во-первых, электрического поля, при одновременной реализации значительно уменьшается возможность загрязнения обвзаимодействия собственных и примесных атомов с разца примесями, выделяемыми элементами конструкгенерируемыми дислокациями. Движущиеся дислокации, ций и материалом печи. Во-вторых, известно, что элеквзаимодействуя с атомной и электронной подсистемами троны, приобретающие направленное движение в постомонокристаллов, меняют динамику своего скольжения янном электрическом поле, могут влиять на характер и характеристики пластической деформации кристал- движения и взаимодействия дислокаций и примесей.

ла. Совместное многопараметрическое воздействие на Выяснены и другие преимущества нового в изучении Влияние особенностей конструирования дефектных структур кристаллов германия... богатой возможностями физических игр сложной, комплексной примесно-электронно-дислокационной системы, приводящей к интересным практическим эффектам.

Другим важным преимуществом нового метода является возможность изучения и объединения нескольких изучаемых ранее самостоятельно направлений исследования, причем на одной установке и на одном образце. Есть предпосылки, что будут обнаружены и другие преимущества нового подхода к структуроформированию в кристаллических телах вплоть до управляемой когерентной перестройки частиц на микроуровне, которая сулит огромные энергетические выгоды.

Объектами исследования были монокристаллы германия, компенсированные золотом до концентрации 1 · 1015 cm-3, ориентированные вдоль кристллографичеРис. 2. Зависимость деформация–время (t) в динамическом ских осей [110] [001] [110], размером 5 10 15 mm.

и статическом режимах деформирования при сдвиговых напряПлотность тока, проходящая по образцу в зависи- жениях = 2.8 (1), 2.1 (2), 1.7 kg/mm2 (3).

мости от температуры деформации, менялась в пределах 2.0 · 106-2.5 · 106 A/cm2. Падение напряжения на образце при этом составляло 1.0-0.6 V. Мощность, текучести. Вычисленные из кривых 1–3 (рис. 1, 2) паравыделяемая на образце, доходила до 100 W.

метры деформационного процесса приведены в таблице.

Анализируя ход кривых на рис. 1 в динамической области нагружения, замечаем, как изменяется коэффициент Результаты эксперимента упрочнения в зависимости от скорости нагружения. При малых скоростях нагружения коэффициент упрочнения В настоящей работе изучены зависимости коэффицине только самый большой на первом участке ступенента упрочнения, величины деформации, скорости дечатого его поведения, но и самый малый на втором формирования, упругой области от скорости нагружения участке разупрочнения. Обращает на себя внимание деформируемого кристалла в динамическом и статичеотсутствие „участков упрочнение–разупрочнение“ на ском режимах нагружения. На рис. 1, 2 (кривые 1–3) кривой 3 (рис. 1), полученной при самой большей приведены зависимости напряжение–деформация () скорости нагружения. Его упрочнение характеризуется и деформация–время (t) для трех образцов монокризначением промежуточного коэффициента между двумя сталлического германия p-типа проводимости с треучастками первых двух.

мя различными скоростями нагружения. Как видно из Следует отметить, что отсутствие ступенчатости рис. 1, 2 (кривые 1–3), с увеличением скорости нагруупрочнения на кривой 3 (рис. 1) может быть связажения уменьшается не только продолжительность прено и с двумя другими, отличными от первых факодоления упругой области, но и сама величина предела торами. Во-первых, время динамического нагружения (t = 150 s) было малое, во-вторых, усилие незначительное ( = 1.7kg/mm2). Среди особенностей, присущих поведению образца, деформированного с большей скоростью, замечаем его высокую податливость. Как видно из рис. 1 (кривая 3), при усилии = 1.5kg/mm2 величина деформации = 1%, тогда как для кривых 1, 2 = 0.5%.

На рис. 2 приведены кривые зависимости (t), записанные на самописце, охватывающие все три области деформирования в последовательности: упругая, динамическая, статическая. Если динамическая область характеризуется изменяющимся усилием во времени, то статическая область деформирования характеризуется постоянным значением усилия во времени. Из рис. (кривые 1–3) видно, что, несмотря на малые значения усилия, во всех случаях наблюдали незавершенность деформационного процесса. Из рис. 2 (кривые 1–3) также следует, что величина деформации сильно подвержена Рис. 1. Зависимость сдвиговое напряжение–деформация () в своих изменениях внешним воздействиям. В динамипри TD = 650C и скорости нагружения: 1 — 71, 2 — 150, 3 — 590 g/s. ческой области скорость деформирования = /t как Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. 60 М.А. Алиев, Б.Г. Алиев, Х.О. Алиева, А.Р. Велиханов, Ш.Р. Муталибов, В.В. Селезнев Скорость нагру- Величина дефор- Коэффи- Скорость деформаСдвиговое напряжение Время деформирования жения в облас- мации в областях, циент ции в областях, № в областях, g/mm2 в областях t, s тях VH, g/s, % упроч-, m/s объекнения упру- динами- упру- динами- стати- упру- динами- стати- динами- стати- динами- статита d = гая ческая гая ческая ческая гая ческая ческая ческая ческая d ческая ческая 1 71 180 0.87 2.8 2.8 360 360 540 1.9 1.1 Кривая Кривая Кривая 1 —2.48 1 —1 1 —1.Кривая Кривая Кривая 2 —0.66 2 —0.42 2 —0.2 150 162 0.74 2.1 2.1 195 340 480 1.12 0.4 Кривая Кривая Кривая 1 —2.43 1 —0.42 1 —0.Кривая 2 —0.3 590 220 0.5 1.7 1.7 60 150 510 1.4 0.3 Кривая Кривая Кривая 1 — 0.804 1 —2 1 — 0.при малых скоростях нагружения, так и при больших ТПД способа характерно наличие упругой области, хотя набирает величину порядка = 1.5 µm/s в абсолютных температура деформации его выше, чем для ЭПД спосо и = 1.3 · 10-4 s-1 в относительных единицах. Правда, ба, так как при более низких температурах кристалл при скорости нагружения в динамической области не так ТПД практически не деформируется. Хорошей иллюсильно различаются (см. таблицу), как в упругой об- страцией различия способов и режимов деформирования ласти. Изменения угла наклона к оси времени харак- служат кривые 2, 4 и 5, полученные при одновременной теризует ступенчатость, прерывистость процесса и под- диффузии индия. В этом случае эффект проявляется в тверждает смену упрочнения на разупрочнение. Даже резком разупрочнении кристалла. Как видно из рис. в статической области, где малые усилия и большие (кривая 5), наиболее благоприятным режимом дефорвремена деформирования, наблюдаются две ступени с мирования оказался ЭПИД способ, где одновременразличными скоростями деформирования (рис. 2, кри- но реализованы деформированно-электродиффузионные вая 1 и таблица). процессы. Скорости деформирования при ТПД и ЭППД На рис. 3 приведены характерные кривые зависи- способах в режиме стационарной ползучести различаютмости () для монокристаллов германия деформи- ся на порядок.

рованных тремя различными способами: термопласти- Резюмируя вышеперечисленные особенности поведеческим (ТПД — кривые 1, 2), электропластическим ния механических свойств монокристаллов германия за(ЭПД — кривые 3, 4) и электропереносно-пластическим метим, что на их структуроформирование влияет любой (ЭППД — кривая 5). Как видно из рис. 3 (кривая 2), для фактор воздействия, в особенности многопараметрический (синергетический). В нашем эксперименте дополнительными факторами возмущения дислокационной системы являются электрический ток высокой плотности, проходящий по образцу, электродиффузия собственных и примесных атомов, различные скорости нагружения.

Обсуждение результатов Применение нетрадиционного нового методико-технологического способа к проблеме пластичности при изучении взаимосвязи между структурой, составом и свойствами в алмазоподобных полупроводниковых структурах позволило получить результаты, существенно отличающиеся от термопластического способа деформирования. В частности, ЭПД и ЭППД способы позволили значительно понизить температуру деформирования, стартовые напряжения, верхний предел текучести, а Рис. 3. Зависимость сдвиговое напряжение–деформация () также привели к увеличению общей величины пластичдля различных способов и режимов деформирования монокриности при значительно меньших параметрах воздейсталлов p-германия при T = 750C. 1 —ТПД, 2 —ТПД + In, 3 —ЭПД, 4 —ЭПД + In, 5 — ЭППД. ствия. Обнаружено появление ступенчатости протекания Журнал технической физики, 2004, том 74, вып. Влияние особенностей конструирования дефектных структур кристаллов германия... деформационного процесса, а также и появление новых Выводы участков упрочнения и разупрочнения. Спектр проявлеВ результате проведенных исследований установлено, ния структур в неравновесных условиях шире, чем в равчто при равных с ЭПД и ЭППД режимами условиях новесных, особенно при многопараметрическом (синерпо нагрузке и температуре добиться заметной величины гетическом) подходе к деформационным процессам. При пластичности в процессе ТПД невозможно. Выявлены обсуждении полученных результатов прежде всего обраэкспериментально возможности существенного понижещает на себя внимание существенное различие формы ния величин стартового напряжения сдвига, уменьшения кривых сжатия, приведенных на рис. 1–3. Полученное упругой области в зависимости от размерных факторов различие, естественно, связано с особенностями условий и степени компенсации. Показано проявление разунагружения и, как следствие, возможно, с особенностяпрочнения в компенсированных кристаллах германия ми дефектной структуры кристаллов, получаемых под при прохождении по нему электрического тока высоих воздействием. Полученные результаты имеют качекой плотности при постоянных величинах сдвигового ственный характер и не позволяют на данном этапе пронапряжения и температуры. Экспериментально изучеизвести прямое количественное сопоставление теории ны закономерности влияния на пластические свойства и эксперимента. В наших экспериментах наблюдается германия различных режимов деформирования — дисуммарное действие двух конкурирующих механизмов намического и статического при изменении скорости влияния на возникновение внутренних напряжений в нагружения и деформирования. Простота управления и кристалле. Первый за счет температуры стремится к незначительность энергетических затрат делают сущеуменьшению, а второй — за счет повышения скорости ственно неравновесные системы весьма перспективными деформирования к увеличению внутренних напряжений.

для технологии будущего.

В результате появляются групповые скорости дислокаций, превышающие скорость одиночных, что может послужить причиной появления кинетических коллекСписок литературы тивных эффектов. В наших экспериментах преобладал атермический путь преодоления препятствий движению [1] Трефилов В.И., Мильман Ю.В., Гриднева И.В. // Изв.

дислокации. Следует подчеркнуть, что статический реАН СССР. Неорган. материалы. 1984. Т. 30. № 6. С. 958.

жим нагружения был реализован вслед за динамиче- [2] Эбелинг В., Энгель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции. Пер. с нем. М.: Эдиториал УРСС, 2001. 328 с.

ским одновременно. Если в процессе термопластической [3] Иванова В.С., Баланкин А.С., Бунин И.Ж. Синергетика и деформации полупроводниковых кристаллов электронфракталы в материаловедении. М.: Наука, 1994. 383 с.

Pages:     || 2 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.