автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.06, диссертация на тему:Воздействие гамма-радиационных полей на сверхтонкие аморфные покрытия

Для служебного пользования На пранах рукописи

ЩЕГОЛЕВА Светлана Анатольевна

ВОЗДЕЙСТВИЕ у-РАДИАЦИОННЫХ ПОЛЕЙ НА СВЕРХТОНКИЕ АМОРФНЫЕ ПОКРЫТИЯ

Специальность 05.08.06 «Физические поля корабля, океана, атмосферы и их взаимодействие»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации па соискание ученой степени кандидата физнко-мзтематнческих наук

Владивосток -2000

Работа выполнена в Дальневосточном государственном университете.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Юдин В.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор, заслуженный деятель науки РФ Кульчин Ю.Н.;

кандидат физико-математических наук, доцент Савчук Е.Г.

Ведущая организация: Институт автоматики н процессов управления ДВО РАН

Защита состоится 16 ноября 2000г. в 13 часов на заседании дис сертационного совета Д064.01.01 при Дальневосточном государствен пом техническом университете по адресу: 690600, г. Владивосток-ГСП, ул. Пушкинская, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного технического университета. Автореферат разослан 14 октября 2000г.

Ученый секретарь диссертационного сонета , у* Борисом Е.К.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ

российская-

(■государственная библиотека

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Одной из насущныл 1^иолслЛ°2ш,шилг-нергетике является проблема структурной и механической устойчивости раз-ичных цементов, в частности модулей судовых ядерных энергетических ус-ановок (ЛЭУ). Эта проблема имеет определенное подразбиение на задачи, сре-и которых технологически важной является нанесение радиационноустойчи-ых покрытий на различные трубопроводные системы, элементы вычислитель-ой техники и микроэлектроники. Обычно в качестве покрытий применяются оликристаллические достаточно толстые слои того или иного состава, дости-ающие десятков, сотен микрон. Общая схема радиационной неустойчивости, оторая справедлива в основном при ионном и нейтронном облучениях, сле-ующая. Каждое такое покрытие содержит всевозможные дефекты кристалли-еского строения. Среди них особо следует выделить систему субмикропор, в астности, вакансионного происхождения. Однако субмикропоры могут появиться при разрядке соответствующих механических напряжений в слоях по-эытий, которые могут быть интенсифицированы ионными, нуклонными пуч-1ми и жесткими полевыми у- воздействиями. Процесс интенсификации выра-ается в увеличении поровой компоненты, параллельно происходит их накачка новыми средами (водород, гелий и др.). При дальнейшей радиационной экс-1уатации наряду с газовой накачкой происходит поровая коалесценция. Затем )ры агрегируют в кластеры. Крупные поры в конкурентном режиме поглоща-т мелкие. Затем начинает работать архимедова составляющая, что выражается сродстве к гигантской поре - полуплоскости или границе раздела слоен. Этот ап дает начало эффектам блистеринга, а на поздних стадиях радиационного здействия наступает стадия флекипга. Фактически это последняя стадия пе-д катастрофическим, многомасштабным процессом трещинообразования.

Среди покрытий значительно реже встречаются покрытия некристалличе-ой природы. На уровне научно-исследовательских и опытно- копструшор-их разработок ведутся исследования по применению гранулированных, ульт-

pwiicr.epcüax очень тонких покрытий. Еще более редко встречаются исслед ВйНкя г'о аморфным сверхтонким покрытиям. Интервал «сверхтонкости» в те нологическом плане составляет 20-100 им. Среди радиационных воздгйстз( у-ноля встречаются наиболее редко даже в лабораторных и технологическ! исследованиях. Однако, воздействие у- полей различного вида жесткости ; твердотельные среды представляют значительный интерес, у-облучение захв тывает не только первый контур ЯЭУ, его действие может распространяться на более дальние зоны, хотя и в ослабленной форме. Как раз большинство м ханизмов, электронных коммуникаций находится под длительным воздейств esr у-облучения. Поэтому одной из задач настоящей диссертации является и следование процессов структурной устойчивости твердотельных сред при дл тельном и жестком у-облучении.

Исследование было выполнено на трехкомпонентных металлических сте лах Cö-Ni-P, которые обладают рядом уникальных свойств. При определение химическом составе аморфные покрытия (АЛ) Co-Ni-P обладают высокой ко розионной устойчивостью по отношению и ряду агрессивных сред и воздейс вии, в том числе и морской воде. Кроме того, АП Co-Ni-P обладают уникал ными магнитными свойствами. Так, в частности, они имеют развитую плана ную намагниченность, четко выраженную рябь намагниченности, ветви кот рой состоят из нанометровых вихреподобных областей. Данный наноурове! может быть освоен в перспективных элементах памяти, причем в таких носит лях удастся преодолеть принципиальные различия между оперативной и Biiei ней памятью ЭВМ. Если из сплавов Co-Ni-P в шаровых мельницах приготови порошок с микронной статистикой по размерам, то краска на их основе мож< защишть объекты ог радиолокационных воздействий в ММДВ. В наших раб :а\ совместно с ИФТТиПП АН БССР г.Минска, И M ET РАН им. A.A. Байко: I.Москва и ИФ СО РАН г. Красноярска нам удалось заметить эффект высокс с .-рук ä урной устойчивости, следовательно, и механических свойств АП Со-М !-', нотoioii.ieiiiü.ix 110 электрохимический методике. Последняя, в сравнении

фугимк методами получения металлических стеков, технологически пооста, воспроизводима и может быть применима к крупномасштабным модулям ЯЭУ.

Задачей настоящей диссертации являются поиск и объяснение механизмов ювышешюй структурной устойчивости АП Со-№-Р по отношению к у-лолям. "тоит упомянуть, что на таких металлических стеклах электрончомикроскопи-¡ески наблюдаема крупномасштабная сеточная иерархия мезодефектов. В роли юследних выступают перепады плотности материала - нанометровые флук-уации самой топологии аморфных сред.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в исследовании процессов структурной релакса-ии Со-1\'ьР на мезомасштабных уровнях (<200 нм) при термических воздейст-иях и у- облучении и установлении механизма повышенной структурной ус-эйчивости АП при у- облучении.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ДОСТОВЕРНОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ ЕШЕНИЙ. Аморфные пленки Со-№-Р изучались с помощью просвечивающей 1ектронной микроскопии, электронографически и на автоматизированных ¡стемах обработки изображения. Основными являются методы статистиче-:ой кинетики процессов структурной релзксации с привлечением модели слу-и'шых потеков.

Достоверность результатов достигалась тестовыми прогонами при числен-IX методах обработки сеточных структур, количественной параметризацией ех этапоз физического и вычислительного экспериментов, систематическим «влечением современных методов математической статистики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит: в развитии методики исследования сеточных структур в представлении случайных потоков в части получения кинетических зависимостей: радиуса стохаетичпосги и корреляционного радиуса, а- размерностей, спектра нулей корреляционных функций, энтропийной динамики нуль- спектров;

■ в установлении двух стадий процессов структурной релаксации аморфл: ппглок, а также выявлении даухмасштабности сеточной иерархии; в и морфной кинетике вейбулловских статистик;

- в установлении парциальной динамики а- размерностей: при низкотемне турпом изотермическом отжиге ада незначительно возрастает до 1, а < имеет существенно экстремальный характер. В терминах а- фракталы размерности иерархия мезодефектов в этом случае является несогласоа ной. При у- облучении АП Со-№-Р динамика а- размерностей ведет себя тифазно, что указывает на существование в этих АП согласованной сеточ; иерархии;

- в доказательстве наличия существенной упорядоченности сеточных ме структур аморфных пленок в процессах структурной релаксации при у- • лучении;

- п установлении эффекта повышенной структурной устойчивости Со-№-Р при у- облучении.

АПРОБАЦИЯ. Основные научные и практические результаты работы д ладывались на международных, всероссийских и региональных конференци Всероссийской межвузовской научно-технической конференции (Владивост ТОЗМИ, 1999), Региональной конференции студентов, аспирантов и молод ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных ма риалов (Владивосток, ИАПУ ДВО РАН, 1999), Региональной конференция с дептов, аспирантов и молодых ученых по физике (Владивосток, ифит ДВГ 1999), XVII международной школе- семинара «Новые магнитные матерна микроэлектроники» (Москва, МГУ, 2000), Шестой всероссийской научи конференции студентов- физиков и молодых ученых (Томск, 2000), Седьм Всероссийской конференции "Аморфные прецизионные сплавы: технолог» свойава-применение" (Москва, 2000), Второй международной конференн "Фундаментальные проблемы физики" (Саратов, 2000).

riPAKTÎГЧЕСКАЛ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ состоит iï определении условии, .рамегров сеточной системы мезодефектов для доводочных технологий при-тозпения АП. Будучи соответствующим образом организованной, сеточная рархия АП в состоянии существенно замедлить процессы старения и процес-i структурной деградации, а также релаксационные процессы. Тем самым >жпо перевести аморфные среды из метастабильного состояния в более ус-йчивое квазистационарное состояние. Указанные сверхтонкие АП с развитой :зоструктурой могут быть рекомендованы для защиты элементов 51ЭУ от улей.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ. Эффект повышенной структурной устойчивости АП Co-Ni-P при у- облучении с параметрами ЕуИ,25МэВ, до D=!018 гамма/см2, время облучения t<30Û4, Р=660 Р/с. Доказана гипотеза о том, что АП Co-Ni-P, обладающие системой мезодефектов могут замедлить деструктивные процессы на атомном уровне.

Методика получения кинетических закономерностей в представлении случайных потоков, порожденных сеточной системой мезодефектов. Результат статистической идентификации потоков пересечений границ сеток, приводящий к вейбулловскому классу статистик. В качестве кинетических зависимостей использовались следующие характеристики: моменты, W- распределения, радиусы стохастнчности, корреляционные радиусы, а- размерности фрактального типа, спепры нулей корреляционных функций. Двухэтагшость процессов структурной релаксации при термических воздей-;твиях и у- облучении. В первом приближении сеточная иерархия мезодефектов может быть представлена как двухуровневая система мезодефектов. 1>акг неустойчивости динамики сеточных структур в связи с высокой степенно стхааичности ДВ- уровня. Аморфные пленки Co-Ni-P при возденет-

залу. у-полгй объясняется согласованной изоморфной кинетикой процессе структурной релаксации, содержащих высокую компоненту упорядочения. 5. ПУБЛИКАЦИИ. Всего опубликовано 22 работы, из них по теме диссерт; ции 10.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, Ч( тырех глав, заключения, списка литературы. Основное содержание работы и: ложено на 145 страницах машинописного текста и включает 31 рисунок, списс литературы из 119 наименований отечественной и зарубежной литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

ГЛАВА I содержит обзор современного состояния проблемы радиацио! ной устойчивости кристаллических и аморфных твердых тел. Здесь излагаете сеточная модель глобулярного строения аморфных пленок, обсуждается си цифика процессов структурной релаксации металлических стекол, а также ра смагриваются механизмы воздействия различных форм облучения на криста. лические и аморфные твердые тела.

В ГЛАВЕ II изложена методика диссертационного исследования. Главны является §2.1, он посвящен статистике случайных потоков в исследовании с точных мезоструктур и включает 4 раздела, из которых 2Л.З и 2.1.4 основны В частности, в первом из них излагается методика статистической идентифик ции функции распределения в современной математической статистике. Особ рассматривается вейбулловская статистика, обе ветви которой параметризов; иы единым а- показателем. Доказан фрактальный смысл а- размерности, разделе 2.1.4 вводится спекгр нулей корреляционной функции потоков переа чепнй границ сеток (ППГ'С), который представляет собой фактически фуикни! распределения по размерам сечений ячеек сеток. С помощью построенных §2.1 характеристик ППГС предложены различные формы кинетических зав* симостей. Особое внимание уделено рассмотрению кинетики процессов струт

гуркой релаксации АП в пространствах переменкой размеэноста. §2.2 отведен юд элсхгрохимичгское получение АП Co-Ni-P, а §2.3 - под электронномикро-жопкческие наблюдения сеточных структур, с последующим их клиппирова-гаем.

ГЛАВА III отведена под рассмотрение эффекта повышенной структурной 'стойчивости АП Co-Ni-P с упорядоченной сеточной системой мезодефектов гри жестком у- облучении.

В §3.1 обсуждается проблема радиационной устойчивости твердых тел. В '3.2 приведены методические вопросы по аморфным план арным средам (АГ1С) To-Ni-P с развитой сеточной системой мезодефектов. Здесь же дается кинети-еская интерпретация статистических понятий в модели случайных потоков. 1олучеипые методом электрохимического осаждения аморфные пленки 'Озо№5зР12 толщиной h~20-50 нм облучались источником у-кзантов Со60 мот-остью экспозиционной дозы 660 Р/с, до D=1018 гамма/см2, время экспозиции остигало 300 часов. Данные объекты были предоставлены институтом физики вердого тела и полупроводников АН БССР г. Минска. Электронномихроско-ические исследования проводились в лаборатории №14 ИМЕТ РАН им. A.A. айкова на микроскопе JEM-1000. Электронномикорскопические изображения одзергались клиппированию с последующим нанесением ортогональных и ко-зугольпых растров. Линии пересечения растра с sign- сеткой образовывали 1учайные потоки, которые подвергались дальнейшей машинной обработке с :лью установления соответствующих кинетических зависимостей. §3.3 отве-:п под у-радиационпую кинетику сложных мезоструктур АПС Co-Ni-P в пред-авлении первых двух моментов. Основные результаты приведены па рис.1. 1 рис.1а видна синхронность поведения обоих моментов, что указывает па оморфность поведения функции распределения статистик ППГС. Приведеп-iii показатель рис. 16 указывает на в среднем линейность смешения о с- еди-щах. Ках рис. 1а, так и рис.] в уже па уровне моментов демонстрируют двух-мийность процессов структурной релаксации. Смена стадии происходит при

у

!>3 Ю1/ гемма'см2. I стадия характеризуется некоторой фрагментацией сеточ ных структур, на при этом существенно понижается дисперсия. Несмотря и процессы фрагментации ячеек, получившиеся подълчейки становятся боле статистически однородными. Таким образом, I этап при у- облучении АЛ Со Гм-Р при дозах меньших 3-Ю17 гамма/см" бесспорно является процессом упоря дочивагащегс типа.

ц/ст

1.70 -

б

1 I' I | I > I 1 I 1

изI ; I ! ч I I I I I

о j 4 6 j 11©'10"ем"г о : 4 б з ioD-IO.c.m"

LI,им

/

I I ■ I ■ I"- н 16 о.нм

Рис. 1 Кинетика первого (ц) и второго (а) моментов функции распределения ППГС амор([ них нленок Co-Ni-P (а) и приведенного показателя узкополосиоети yJa от флюепса облуче ния (б); фазовая плоскость (д;а) - (в)

II стадия па этом же рис.1 показывает согласованное подрастание подъяче

ск сеток с весьма небольшим изменением по дисперсии. Вторая стадия такж

принадлежит процессам упорядочивающего типа. По- видимому, такой cnnej:

iотческий эффект следует приписать именно сеткам как системам целостно!

типа. Именно сетки как целостные объекты tie дают включиться типичны:

процессам дифференциации ячеек с последующей коалесценцией. Можн

предположить, что до флюенсов 1018 гамма/см" сеточная мсзоструктра АП Со

Ni-P вследствие своей организации может обеспечить замедление процессо структурной релаксации.

а /у 0

3 /

-2.0 -

/

-2.5-

/

Рис. 2 Идентификация статистики Вейбулла ППГС выборочных АП Co-N'i-P: исходной

В §3.4 решена задача статистической идентификации сеточных мезострук-ур под воздействием у- облучения. Оказалось, что статистика ППГС подчинятся распределению Венбулла (рис.2). Как видно из рис.2, эмпирическая стати-тика в ослх []gH[R(x)];lgx] ложится на прямую. В этих осях выпрямляется 1менно вейбулловская (W) статистика. Решалась также задача по идентифика-[ии Norm, Г, X - в предположении сходства- близости их к эмпирическому распределению. Качество линейно- кусочной аппроксимации (рис.2) свидетельстве? о высоком уровне доверия, т.е. о выполнимости именно W- статистики.

'IIC.J Кмиегнка парциальных н-размсрностсй (а) и а^ - суммарной а-ралчсрноаи (б) oi i.'iiocnca облучения

а) и облученных флюепсом D=310" гамма/см2 (б), 10|я гамма/см2 (в)

С

я loO-inVm"2

цидко из рис.2 в \У- статистике можно выделить два пространственных масштаба: ксротководкэзкй (КВ) и длинноволновый (ДВ). Для этих масштабов построены парциальные а- размерности (рис.3). Из рис.3 видно, что поведение о.кв. ада экстремально, антяфазно (рисЗа). ат. размерность (рис.Зб) г асимптотике выходит на 3,3, Как можно заключить из обоих рис.3 у- кинетикг эволюционирует в пространстве размерностей. Это указывает на то, что кинетические процессы могут описываться в терминах пространств переменно? размерности. Асимптотическая размерность прямой суммы ДВ и КВ компонент превосходит топологическую размерность самих АП. По своим перколяцион ным свойствам иерархия сеточных мезоструктур относится к высокоразмерны\ системам, несмотря на свою планарность.

Рис.4 Кинетика корреляционного радиуса от флюепса у- облучения

В §3.5 собрана у- кинетика спектра нулей корреляционных функций ППГС АП Со-№-Р. В автокоррелограммах клиппированных подсеток как всегда можно выделить в нулевой асимптотике шумоподобные составляющие, а в длинноволновой - квазипериоднческие составляющие, которые описывают упорядочивающиеся мсзоструктуры. Кинетика корреляционного радиуса от флюепса у облучения показана на рис.4. Даже в нервом приближении можно сделать иы вид, что па флюенсе 101" гамма/см2 корреляционный радиус уменьшается почт! н 2 раза. Следовательно, и гга информация свидетельствует о превалировапш процессов упорядочения при некоторых дозах у-облучения.

wx.hm о

Ot> X,HM

N

JO -

:o -10 -o

■ i 11Ю

o :co x.iiw

Рис. 5 Спектры нулей корреляционных функций АП Co-Ni-P: исходной (а) и облученных флюснсом 3-Ю''7 (б), 5-Шп(а), 7-Юп(г), 10:8гамма/см2 (д)

Квазипериодическне составляющие в терминах спектра нулей корреляционных функции приведены на рис. 5. Виден существенно различный характер поведения спектра пулей для КВ и ДВ составляющих. КВ- составляющие (2-60 им) имеют при у- воздействии модальный вид, причем дисперсия этих спектров изменяется под влиянием у- облучения. Даже на качественном уровне видно. 1то до соответствующих доз у- облучения возрастает упорядоченность КВ-ссмпонепты, но при больших дозах она испытывает некоторое увеличение дис-(ерсии (рис.56-д), ДВ компонента имеет ниспадающий вид.

ti

KB

0.7 -

•-T9—/

/

«.б -

Д В \\

\

0.5 -

\

--И\ I | I | |-ГТ~Т~

0 2 4 6 8 íOIMo'cM

Рис.6 Ралиацио:-шал кинетика энтропии спектра нулей корреляционных функций

Для того, чтобы картину структурной динамики сделать очевидной, быш построены энтропийные функционалы спектров нулей в соответствующем диа пазоне доз (рис.6). До значений 7-Ю17 гамма/см" энтропия КВ и ДВ составляю щих (особенно КВ) уменьшается. Это и есть процессы упорядочения сеточны; структу, происходящие при у-облучении. Заметим, что Нда уменьшается незна чительно, но при значении доз 7-1017 гамма/см2 ситуация резко изменяется. Де структивные тенденции полностью овладевают PCB уровнем, тогда как Ндв pea ко уменьшается. Именно эта негэнтропийная тенденция ДВ масштабов сеточ пых структур АГ1 Co-Ni-P и обеспечивает возрастание стохастичности в К1 масштабах. Такова, по нашему мнению, причина повышенной структурной ус тойчивости АПС Co-Ni-P.

В §3.6 собраны выводы к Главе III

В ЧЕТВЕРОИ ГЛАВЕ рассматривается термическая кинетика сеточны мсчоструктр ЛП Co-Ní-P и обсуждается проблема структурной устойчивосг при подобного рода воздействиях. Было замечено, что при у- облучении обра: ш.( несколько нагреваются. В связи с этим была высказано предположений о жвивалентном отжиге. Мы исследовали процессы структурной релаксант происходящие при низкотемпературном изотермическом отжиге (Т~! 75( г ¡,5ч) аморфных пленок Co-Ni-P. В §4.1 показаны сеточные структуры, к

É4

злектрскаограшш па нескольких выборочных стадиях вышеупомянутого о-кяга. Вез э.тектрс программы демонстрируют типичную галодифргкиию сгой-ственную аморфному состоянию. Сравнивая топологии сеточкь;х структур можно предположить, что сеточная иерархия даже клиппированных сеток для одного и того же объекта принципиально различна. Sign- сетки АП Co-Ni-P, полученные в ИФТГиПП г. Минска, обладают многоезязной топологией границ, тогда как .\П Co-Ni-P, полученные в ИФ РАН г. Красноярска, характеризуются сильно фрустрированной системой границ, как правило, состоящих из отдельных фрагментов. Несмотря на то, что технология приготовления (электрохимическое осаждение) и химический состав аморфных пленок были одинаковыми, сеточная топология исследуемых нами АП оказалась различной. Можно высказать гипотезу, что термическая структурная реакция АП Co-Ni-P из ИФ РАН г. Красноярска будет скорее всего деградационного типа. Процессы мезоструктурной релаксации АП Co-Ni-P в ц, а- представлениях рассмотрены в §4.2. Результаты собраны на рис.7.

I'm:.7 Первые два лпшричсских мимопа сшикпнк ППГС АП Co-Ni-I' при нзочерми-icck'om or-кше: Щ!^!, о(!0™) (а); китчнческая зависимость показа! ел.ч узкополосное];! iATWa) от зрсмсин изотермического огскига (б); корреляционное ноле сгагиечики ППГС' на /роачс первых лзух моментов (з)

О 2U 40 бО^.мнн 0 20 40 Wt,

4.5 5.0 5.5 6.0 б.бп.нч

Наиболее простая информация показана на рис.7а. Сразу виден синфазн экстремальный характер поведения ¡1 и о. При временах отжига ~1ч проис дат смена релаксации. Указанный изотермический отжиг приводит к некото му увеличению размеров сечений при почти неизменной дисперсии. Вто] стадия характеризуется катастрофическим понижением обоих моментов. П исходит фрагментация, но при этом уменьшается дисперсия. Все это означг что и при таком виде воздействия сетки совершенно иной топологии подчи ются процессам упорядочения. Особенно явно об этом говорит рис.7б-в.

Рнс.8 Кинетика радиуса стохастичности от времени изотермическ отжига АП Со-№-Р

Рассмотрим поведение радиуса стохастичности (рис.8). На I этапе отж! он постоянен и равен 8 нм. После часового отжига радиус стохастичности ! дает почти до 5 нм, что также указывает на процессы упорядочения. В Главе главными являются §§4.3, 4.4. В §4.3 решена задача вейбулловской идентис] кации ППГС АП Со-№-Р при низкотемпературном изотермическом отжиге. 1 зультаты показаны на рис.9, где наряду с выпрямленными статистиками по! заны гистограммы сечения сетки. Качество проверки гипотез весьма высок об этом говорит точность кусочно-линейной аппроксимации в соответству тих осях. Вейоулловский характер распределения указывает на некотор дальнодействие, натянутость. Она хорошо видна на правой ветви гистофа? (рис.9). В последние годы такой класс статистик связывается с фракталыюсгь а частности, сеточных структур.

г .дм

стсх

4

40 60{О1Ж,мин

а -2.24i0.05

а - 13WI.CS

'«3

Ла 1 '

3 0.5 1.51дх

20 40:С,!!М

с ю го за*,им

Е-.-1 х

О)

В «,?г--1+005 а -1.15 10.С5.

___I_

О С 5 М 1.5|дХ

/ /ях)

-3 1-

ю го 5Я,ки

Рис.9 Выпрямленные статистики Вейбуяла з двойных логарифмических осях для АП трех выборочных значений времен отжига ^"35 (а), 55(6), 70 (в) мин. Для этих же качений параметров отжига приведены гистограммы распределения ППГС

Не вызывает сомнения, что сетки АП Со-№-Р (§3.2 и §3.4) подчиняются ринципу стохастического подобия и близки нерегулярным кохоподобным рахталам. Как показано в §2.1 Главы II характеристикой фракталыюсти может вступать основной показатель вейбулловости - а- размерность. Парциальное эведение аи),лв('отж) показано на рис.10. Как следует из рис.9 а- размерность

<Л8//[Я1*)]

эжно представить как а ■

</18*

где !§Н[1*(х)]=5ц - энтропийное дейст-

отражающее вероятностные статистические характеристики сеточных рукгур, а - геометрическая энтропия в пространстве П(х)- обратом

юстранстве, пространстве размеров, отдельностей. Если предположить, что

-2

S:,(SX) подчиняется простейшей линейной зависимости, тогда igH[R(x)]=algx K[R(x)]=xo:,xe iT(q). R(x) - надежность. Из этих простых выражений следует что а- показатель является размерностью в пространстве П(х), а ее дробный ха рактер эквивалентен фракталыюсти. Подчеркнем, что в качестве меры степен ного типа выступает энтропия функции надежности ППГС.

Рис. 10 Кинетические зависимости Окв,дв- размерностей для вей булл омских статисти сеточных структур аморфных пленок Со-№-Р

В соответствие с рис. 10 0Сдц- размерность слабо возрастает до единично! размерности. Совсем по-иному ведет себя акв показатель. Применяемые нам! линейные растры в §§3.4,4.1 можно трактовать как сечения Пуанкаре. В эти; терминах размерность Пкв(х) может достигать ~3, что указывает на возмож пость существования высокоразмерных сеточных структур. Пространственны1 диапазон стохастической компоненты полностью совпадает со стохастично! волновой структурой (СТВС). Последняя относится к лабиринтпоподобньм модуляционным структурам. На [от-ж~ 1 ч а- размерность СТВС приближается ! 3, таким образом иланарная СТВС фактически трехмерна. В §4.4 проведена ди агностика спектров нулей корреляционных функций ППГС в процессе терми ческой структурной релаксации.

10 -5 -

О' " 1 - 1 ■ '■■ • 1 1

30 40 50 60 7Qt,iUIIH

Рис. II Кинетика корреляционного радиуса от времени изотермического отжига ЛП Co-Ni-P

На рис.11 показана кинетика корреляционного радиуса от времени изотермического отжига. Здесь выделяются два этапа сеточной релаксации. На 1 этапе до ¡отж^Пч гки? уменьшается с 22нм до 13 нм. Сеточная иерархия на этом этапе реагирует синергетически. На II этапе корреляционный радиус незначительно увеличивается, что указывает на оживление стохастической тенденции. На зис.12 приведены спектры нулей автокорреляционных функций ППГС АП Со-NTi-P и значения энтропий. Поведение спектра нулей в диапазоне неодиородно-:тей 15-50 нм характеризуется определенной консервативностью. Решение займи интерполяции в первом приближении приводит к белой спектральной шейке. Это дает основание сделать вывод, что ДВ компонента сеточной иерар-:ии уже в процессе приготовления была сильно стохастизирована. Именно об том, по нашему мнению, говорит фрустрированная топология sign- сеток §4.!). Уровень СТВС (3-15 нм) приводит к одпомодовой узкогюлосон спек-ральпой оценке. Даже из выборочных значений (рис.12) видно, что степень уз-ополосности проходит через некоторый минимум.

а К =0.887

Н =0.741

ДВ

г Л

Г

^НдО.782

10 20 30 40 50 х,1Ш

и

11=0.851

II =0.776

Н =0.569 кв,

n

10 20 30 40 50 х,НМ

в Н £=0.889

* # Нд10.789

Нк|0.765

10 20 30 -10 50 л,им

Рис.12 Спектры пулей автокорреляционных функций ППГС аморфных пленок Со-№-Р и и зшрошш без разделения компонент и лля КВ и ДВ масштабов на трех выборочных времен* ог-кш а 35 (а), 55 (5), 70 (в) мин

Вполне естественно отразить поведение нуль- спектров в энтропийны функционалах. Как видно даже из численных значений выборочных эптропиг ны\ функционалов ДВ- компонента почти не эволюционирует, поскольку дое гигнут . видимо, определенный уровень стохастизапии ЛП Со-М-Р из ИФ РЛ1

ф

о

е

Красноярска. КБ компонента по энтропии имеет существенный минимум, ко-;рый на II стадии сменяется столь же сальным повышением энтропии. Отсюда тедует, что ни КВ, ни тем более ДВ компоненты не в состоянии противостоять -аешним деструктивным воздействиям. В таком случае подобные АП подарены сильным, быстрым структурно- деградационным процессам.

В §4.5 собрано 6 выводов к Главе IV.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ Получил дальнейшее развитие статистический метод анализа сеточных, структур аморфных пленок, базирующийся на теории случайных потоков. Кинетические зависимости от времени изотермического отжига и дозы гамма- облучения сформулированы в терминах: радиуса стохастичности и корреляционного радиуса; вейбулловской статистики; фрактальной соразмерности; спектров нулей корреляционных функций сеточных мезо-структур и их энтропийных функционалов.

Установлен эффект повышенной структурной устойчивости А.П Co-Ni-P при жестком у- облучении. Предложен вариант эквивалентного низкотемпературного изотермического отжига пленок, который привел к интенсификации процессов структурной деградации (ТОТЖ=175С, t^á 1,5ч). Установлено, что процессы структурной релаксации АП при термическом и. у- радиационном воздействиях идут в два этапа и допускают представление сеточной иерархии в виде двухуровневой системы пространственных масштабов. Парциальная кинетика этих масштабов принципиально различна на всех используемых нами статистических характеристиках при сохранении вейбулловского класса распределения ППГ'С. Оба этапа процесса структурной релаксации реализуются как процессы упорядочивающего типа. Установлено, чю кинетика а- размерностей при термическом воздействии распадается на слабовозрастающую линейную зависимость 01до(.1ог*)е[0,8;¡ ]

и па выпуклую зависимость с максимумом приходящимся на ьремя отжи ~1ч с гдахакв^^'ст^З. Тем самым КВ- сетки имеют своей максимально раз\:ерностью трехмерную сферу, а ДВ- компонента - одномерную.

5. Обнаружено, что в случае у- воздействия на АП Со-№-Р аКЕ^дв(0) ведут с бя антифазно и экстремально. Суммарная размерность в асимптотике ~3 Обе сеточные компоненты ведут себя согласованно, чего нет на АП Со-№ при термическом воздействии. Именно этим и объясняется эффект пов шейной радиационной структурной устойчивости таких сред. Сеточш структуры выступают как стохастически кохоподобные фракталы сверхр; мерного типа. Сеточная иерархия представляется прямой сумм Пкв(х)©Пда(х) двух масштабных уровней.

6. Установлено, что процессы структурной релаксации АП Со-№-Р при терм ческом и гамма-воздействиях в энропийных функционалах от спектра нул корреляционных функций ведут следующим образом. При термичесю воздействии ДВ- масштабы сеток характеризуются почти максимально вс можной энтропией, тогда как уровень СТВС по энтропии имеет глубок минимум с последующим сильным увеличением на поздних стадиях отжи Структурная неустойчивость АП Со-№-Р в этом случае обусловлена шум подобной компонентой организации сеточной мезоструктры. Этот урове не в состоянии дать компенсацию повышения энтропии СТВС уровня. Р; пад аморфного состояния появляется из-за того, что иерархическая систе СТВС+$иЬл\у является слабоорганизованной системой. Это обстоятельст и предопределило структурную неустойчивость подобных объектов при с жиге.

7. Обнаружено, чга совершенно иная ситуация наблюдается на АП Со-№ при у- облучении. Нижний сеточный уровень (7-30 им) ведет себя аналоги но по энтропийной зависимости от дозы облучения, что и в термике. Снач ла до флюенсов 7-Ю17 гамма/см: идут процессы упорядочения как на КВ, т

и я а ДВ масштабах. В последующем энтропийные тенденции кардинально расходной. Снова КБ- компонента переходит па деградашонную ветвь, но сеточная ДВ- компонента испытывает сильную упорядоченность, что в целом и компенсирует деградацисннке процессы на нижних уровнях иерархии. В этом и состоит наше объяснение эффекта повышенной структурной устойчивости АП Со-№-Р при у- облучении.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах.

1. Писарепко Т.А, Щеголева С.А. Процессы структурной релаксации в аморфных пленках при термических и радиационных воздействиях/ Тез. докл. Всероссий-:кой межвузовской научно-технической конференции- Владивосток: ТОВМИ, 1999. -С. 152-154.

2. Юдин В.В., Писаренко Т.А., Щеголева С.А. Статистическое исследова-ше процессов термической структурной релаксации аморфных пленок Со-Мь Э/Тез. докл. Региональной конференции студентов, аспирантов и молодых уче-1ых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материа-юв - Владивосток: ИАПУ ДВО РАН. 1999. -С.33-34.

3. Юдин В.В., Щеголева С.А. Процессы структурной релаксации в модели случайных потоков при радиационных воздействиях аморфных пленок Го-№-Р /Тез. докл. Региональной конференции студентов, аспирантов и моло-1ых ученых по физике полупроводниковых, диэлектрических и магнитных материалов- Владивосток: ИАПУ ДВО РАН. 1999. -С 39-40.

4. Юдин В.В., Писаренко Т.А., Щеголева С.А. Корреляционный анализ [роцессов термической структурной релаксации аморфных пленок Со-№-Р/ сч. докл. Региональной конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по жчике. - Владивосток: ИФИТДВГУ. 1999.-С.42-43.

5. Юдин В.В., Щеголева С.А. Процессы структурной релаксации при ра-иацмонных воздействиях аморфных пленок Со-МьР/ Тез. докл. Региональной онфсрснция студентов, аспира1ггов и молодых ученых по физике. - Владивосток:

ИФИТДВГУ. 1999.-0.4^-45,

6. Писаренко Т.А., Щеголева С.А Кинетика процессов структурной рел сации при термических и радиационных воздействиях аморфных пле* Co-Ni-РЛез. докл. Шестой всероссийской научной конференции студент физиков и молодых ученых. --Томск: ТПУ. 2000. -С. 196-197.

7. Юдин В.В., Щеголева С.А., Иисаренко Т.А. Фрактальные характерис ки сеточных мезоструктур аморфных пленок Co-Ni-P в процессе термичеа релаксации/ Тез. докл. XVII международной школы- семинара «Новые магн ные материалы микроэлектроники». - Москва: МГУ. 2000. -С.551-553.

8. Schegoleva S.A., Yudin V.V., Kuchma A.S. Mesostructure adaptat metallic glass under y-irradiation./ First Asia-Pacific Conference "Fundamer problems of opto- and microelectronics". Vladivostok: FESTU. 2000.-P.330-333.

9. Щеголева С.А., Юдин B.B. Устойчивость металлических стекол с раз) той мезоструктурой к у-облучению./Тез. докл. Седьмой Всероссийской коне ренции "Аморфные прецизионные сплавы: технология-свойства-применени Москва: ЦНИИЧМ им. И.П. Бардина 2000.

10. Юдин В.В., Щеголева С.А. Процессы упорядочения на мезострукт ном уровне аморфных пленок, индуцированные гамма- облучением./ Тез. до В горой международной конференции "Фундаментальные проблемы физик Саратов: 2000г.

11. Юдин В.В., Щеголева С.А., Писаренко Т.А. "Кинетика процессов тер мической релаксации сеточных мезодефектов Co-Ni-P аморфных пленок в мо дели случайных потоков". Физика твердого тела (в печати).

12. Щеголева С.А., Писаренко Т.А., Юлии В.В. "Структурная устойчивое к у-облучешно аморфных пленок Co-Ni-P с упорядоченной сеточной системо: мезодефектов". Поверхность (отправлено в редакцию).