Модифицирование поверхности и формирование неравновесных структур ионными и лазерными пучками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, доктор физико-математических наук Фоминский, Вячеслав Юрьевич

• Фоминский, Вячеслав Юрьевич
• доктор физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Фоминский, Вячеслав Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМНЫХ, ИОННЫХ И ФОТОННЫХ

ПУЧКОВ С ТВЕРДЫМ ТЕЛОМ И ГАЗАМИ (Обзор литературы.

Постановка задачи исследований).

1.1 Физические процессы в твердом теле и на поверхности при воздействии пучков частиц с различной энергией.

1.2. Модель «тепловых пиков» в твердом теле при имплантации ионов

1.3. Особенности структурообразования ионно-имплантированных «сплавов»

1.4. Вакуумное осаждение тонких пленок под низкоэнергетичным ионным облучением.

1.5. Фазовые и структурные изменения в поверхностных слоях металлов при действии интенсивных наносекундных световых (лазерных) импульсов.

1.6. Свойства плазменно-паровых пучков, образующихся при воздействии интенсивных наносекундных лазерных импульсов на мишень.

1.7. Особенности взаимодействия высокоэнергетичных фотонов из УФ-области спектра с системой газ-поверхность.

1.8. Постановка задачи исследований.

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ И УСТАНОВКИ.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СФОРМИРОВАННЫХ СТРУКТУР.

2.1. Экспериментальные методики

2.1.1. Методика ионной имплантации с лазерно-плазменным источником ионов.

2.2.2. Методика импульсного лазерного осаждения пленок и покрытий.

2.2.3.Методика импульсной ионной имплантации и ионно-ассистированного осаждения пленок и покрытий из лазерного факела.

2.2.4. Методика поверхностного легирования металлических материалов наносекундными лазерными импульсами.

2.2.5. Методика лазерно-индуцированного химического осаждения пленок и модифицирования поверхности.

2.2. Экспериментальные установки

2.2.1. Многофункциональная малогабаритная экспериментальная установка для ионно-имплантационной обработки, импульсного лазерного и ионно-ассистированного осаждения пленок и покрытий.

2.2.2. Экспериментальная многомодульная установка для in situ мониторинга фотонно-индуцированных процессов осаждения пленок и модифицирования поверхности.

2.3. Методы исследования сформированных структур.

Глава 3. МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ И

СИНТЕЗ НЕРАВНОВЕСНЫХ СТРУКТУР ПРИ ИМПЛАНТАЦИИ

ИОНОВ В МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ.

3.1. Структурные изменения, вызываемые в металле каскадными процессами при внедрении одноименных ионов.

3.2. Формирование неравновесных поверхностных структур при ионном «легировании».

3.2.1. Системы смешиваемых элементов с ограниченной взаимной растворимостью в твердой фазе (Fe-Cu, Fe-Ta).

3.2.2. Системы не смешиваемых в жидкой фазе элементов

Sn-Cr, Sn-Fe).

3.2.3. Система элементов, не образующих сплавов и соединений (Sn-Mo).

3.3. Трибомеханические и электрохимические свойства ионно-имплактированных материалов.

Глава 4. ВЕНЕДРЕНИЕ АТОМОВ И СИНТЕЗ НЕРАВНОВЕСНЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ СТРУКТУР ПРИ ИМПУЛЬСНОМ ЛАЗЕРНОМ

ЛЕГИРОВАНИИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ.

4 Л. Структурные изменения, вызываемые в металлах наносекундными лазерными импульсами.

4.2. Процессы тепло- и массопереноса, индуцированные наносекундными лазерными импульсами при облучении системы пленка - металлическая подложка.

4.2.1. Особенности микро металлургического процесса при поверхностном легировании металлических материалов с применением наносекундных лазерных импульсов.

4.2.2. Влияние термодинамических и теплофизических параметров системы элементов пленка - подложка на процесс поверхностного легирования.

4.3. Структура и фазовый состав поверхностных сплавов, формируемых импульсным лазерным легированием.

4.3.1. Неравновесные твердые растворы.

4.3.2. Неравновесные многофазные сплавы.

Глава 5. ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР ПОД НИЗКО- И СРЕДНЕЭНЕРГЕТИЧНЫМ ИОННЫМ ОБЛУЧЕНИЕМ.

5.1. Импульсное лазерное осаждение пленок - физическое осаждение, ассистированное низкоэнергетичным ионным облучением

5.1.1. Импульсное лазерное осаждение пленок Мо8х в вакууме.

5.1.2. Импульсное лазерное осаждение пленок Мо8х в атмосфере инертного газа.

5.1.3. Микроструктура и химическое состояние элементов в пленках Мо8х.

5.1.4. Трибологические свойства пленок Мо8х.

5.2. Влияние среднеэнергетичного ионного облучения на структуре- и фазообразование тонкопленочных покрытий.

5.2.1. Пленки химических соединений (Мо8х, ТаСх).

5.2.2. Углеродные пленки {а-С).

5.2.3. Многоэлементные пленки с различной химической совместимостью компонентов (Аи-№-С).

Глава 6. ИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ НА МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦАХ.

6.1. Перемешивание атомов и синтез неравновесных структур на границе химически совместимых элементов (Ре-Та).

6.2. Массоперенос и структурные изменения на границе химически несовместимых металлических элементов (Бп-Сг).

6.3. Миграция атомов и формирование новых химических связей при ионно-индуцированных реакциях (МоЭг-Ре, Аи-№3С).

Глава 7. ФОТОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРОЦЕССЫ МОДИФИЦИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК В АКТИВИРУЕМЫХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ.

7.1. Фотонно-индуцированная очистка поверхности кремния от углеро-досодержащих загрязнений.

7.2. Фотонно-индуцированное травление естественного оксида кремния

7.3. Низкотемпературное фотонно-индуцированное химическое осаждение пленок из газовой фазы

7.3.1. Осаждение пленок ЭЮг.

7.3.2. Формирование пленок поликристаллического кремния.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модифицирование поверхности и формирование неравновесных структур ионными и лазерными пучками»

Возможность улучшения поверхностных свойств материалов путем модифицирования структурного, фазового или химического состояния относительно тонких 1 мкм) приповерхностных слоев привлекает в последнее время все большее внимание исследователей из различных областей науки и техники. Такой подход позволяет добиваться существенного изменения поведения материала особенно в тех случаях, когда при использовании традиционных методов обработки оказывается сложным реализовать гармоничное сочетание объемных и поверхностных свойств. Применение ионных и фотонных (лазерных) пучков для модифицирования поверхности открывает широкие возможности в выборе направления обработки и позволяет эффективно управлять поверхностными процессами. Это достигается оптимальным выбором параметров пучков и режимов их воздействия на материал. Однако воздействие ионных и лазерных пучков на твердое тело сопровождается комплексом сложных по физической и химической природе процессов в масштабах микро- субмикро- и атомного уровня. Успешное внедрение ионно- и лазерно-лучевых технологий в промышленности возможно только при достаточно глубоком понимании физической картины процессов, сопровождающих такую поверхностную обработку.

Можно выделить два принципиально различных подхода к проблеме модифицирования поверхности. В первом случае основную роль играют процессы, связанные с высоким импульсным выделением энергии в ограниченном объеме материала, способным вызвать фазовый переход твердое тело - жидкость, за которым следует быстрая диссипация энергии и, как следствие, «замораживание» неравновесного структурного состояния в поверхностном слое материала. Такие процессы реализуются при ионной имплантации и при лазерной обработке поверхности (лазерном легировании) высокоинтенсивными пучками и представляют, в первую очередь, интерес для решения проблем поверхностного модифицирования металлических материалов. Однако существует ряд задач, где оказывается принципиально важным исключить такое воздействие на подложку, которое приводит к сильному нагреву, фазовым превращениям, дефекто-образованию или накоплению заряда. Такие задачи возникают при модифицировании полупроводниковых материалов, например, в кремниевой технологии, и требуют иного подхода к решению проблемы модифицирования поверхности. Для реализации существенных структурно-фазовых изменений (модифицирования химического состава поверхности, осаждения тонкопленочных слоев) при использовании импульсов энергии с допороговыми интенсивностями могут быть использованы процессы физической и химической природы, инициируемые данным импульсом над модифицируемой поверхностью и на самой поверхности в химически активируемой среде. Световые пучки, содержащие фотоны из ультрафиолетовой (УФ) области спектра, способны активировать как различные газовые среды, так и поверхность при относительно низких (близких к комнатной) температурах поверхности. При воздействии лазерных пучков УФ-диапазона, например, излучения эксимерного лазера на флюорите аргона (длина волны излучения - 193 нм), на поверхность твердого тела в фото-активируемой среде поверхностное модифицирование определяется комплексом физико-химических процессов с участием химически активных частиц, которые протекают как в газовой фазе, так и на самой поверхности в твердой фазе.

Долгое время исследования в области ионно-лучевого модифицирования металлических материалов ограничивались изучением особенностей структурных изменений в металлах при облучении ионами инертных газов и синтеза таких соединений как нитриды, карбиды и бориды металлов, что было обусловлено относительной простотой получения ионных пучков данных элементов. Возможности применения лазерного излучения для модифицирования металлических материалов достаточно глубоко изучены применительно к решению проблемы инициирования структурно-фазовых превращений в относительно глубоких поверхностных слоях (более 1 мкм), обуславливающих улучшение механических свойств вследствие лазерной «закалки». Основные достижения в разработке данных проблем нашли отражение в ряде монографий [1-3]. Исследования по формированию высоколегированных ионно-имплантированных «сплавов» различных металлических элементов сдерживались отсутствием высокопроизводительных ионно-лучевых установок - имплантеров, применимых к решению проблем обработки материалов. Промышленность выпускала установки малых и средних доз для ионного легирования полупроводников. Только в последнее время некоторые зарубежные и отечественные исследовательские центры (например, НИИ ядерной физики Томского политехнического института) добились определенных успехов в разработке имплантеров для обработки материалов, в которых используются достаточно интенсивные источники ионов различных элементов. Проблема технологического обеспечения исследований и промышленного применения ионной имплантации для обработки материалов достаточно подробно рассмотрена автором в монографии «Ионная и лазерная имплантация металлических материалов» (М.: Энергоатомиздат. 1991), подготовленной в соавторстве с профессором Ю.А.Быковским и профессором В.Н.Неволиным. Развитие исследований в области взаимодействия лазерного излучения с твердым телом, которые проводились под руководством этих ученых на кафедре физики твердого тела МИФИ, позволило автору разработать ряд универсальных методик получения ионных пучков различных элементов с параметрами необходимыми для реализации ионно-лучевого модифицирования материалов и ионно-ассисти-рованного осаждения тонкопленочных покрытий.

Как с научной, так и с практической точки зрения, при модифицировании поверхности металлических материалов ионной имплантацией наибольший интерес представляют исследования с такими системами элементов, в которых сложно создавать сплавы традиционными методами. Применение новых методов синтеза может приводить к формированию необычных неравновесных структур с улучшенными свойствами. Исследования в системах элементов, не смешиваемых в твердой или в жидкой фазах, или вообще не образующих сплавов в равновесных условиях, позволяют изучить особенности положения имплантируемых атомов в обрабатываемой матрице и выявить влияние физических и химических факторов на структуро- и фазообразование новых метастабильных «сплавов».

Интенсивные импульсные лазерные пучки эффективно поглощаются поверхностным слоем металлических материалов, что вызывает их быстрый нагрев, плавление и охлаждение. Наиболее высокие скорости охлаждения в слоях толщиной около 1 мкм реализуются при воздействии наносекундных импульсов. Если осуществить в расплаве перемешивание различных элементов, то можно ожидать формирования сильно неравновесных поверхностных сплавов. Как и в случае ионной имплантации, наибольший интерес представляют системы элементов, компоненты которых различаются характером химического взаимодействия атомов и теплофизическими свойствами. Формирование новых метаста-бильных сплавов «закалкой» из жидкой фазы при импульсном лазерном облучении различных систем элементов представляет интерес как с точки зрения исследования возможностей самой методики, так и с точки зрения проведения сравнительного исследования структурно-фазового состояния лазерно-легированных и ионно-имплантированных «сплавов», которые, согласно одной из основных моделей имплантационной металлургии, формируются в результате «закалки» тепловых пиков.

Главный недостаток ионно-имплантационной обработки металлических материалов, ограничивающий область возможного практического применения, состоит в небольшой глубине модифицирования поверхностных слоев (~ 0,1 мкм). Для его преодоления необходимо разрабатывать методики «наращивания» модифицируемого слоя, позволяющие исключать влияние межфазных факторов (несоответствие структурного состояния, высокие внутренние механические напряжения, химическая несовместимость и др.) и формировать тонкопленочные покрытия с требуемой микроструктурой и свойствами. Воздействие интенсивных наносекундных лазерных импульсов на твердые тела приводит к образованию плазменно-паровых потоков (эрозионного факела), которые могут использоваться для формирования тонкопленочных покрытий самых различных материалов. Структура и свойства покрытий, в общем случае, зависят от характеристик материала, режимов лазерного воздействия и условий осаждения. Для реализации требуемого структурно-фазового состояния покрытий необходимо глубокое изучение физической картины процессов, определяющих формирование состава и микроструктуры покрытий при «конденсации» лазерных плазменно-паровых потоков. Особенно важным представляется разработка методов направленного изменения параметров потоков частиц лазерного факела и дополнительного воздействия на растущие слои, необходимых для управления процессами струк-турообразования на различных стадиях поверхностного модифицирования: начиная со стадии подготовки поверхности и приповерхностных слоев матрицы и далее на этапах формирования межфазной границы (переходного слоя) покрытие-матрица и осаждения самого покрытия. Представляется важным проведение сравнительного анализа неравновесных структур, формируемых как ионной имплантацией, так и физическим соосаждением атомов без и с применением ионного облучения. Исследования влияния облучения осаждаемых тонкопленочных покрытий ионами с различной энергией на их структурообразование позволяют выявить физические особенности ионно-индуцированных процессов и установить механизмы модифицирования их структуры и свойств.

Установление взаимосвязи между условиями осаждения покрытий, их микроструктурой и свойствами является основной задачей в общей проблеме тонких пленок, так как позволяет определять направление поиска и проводить оптимизацию условий формирования конкретных тонкопленочных структур. Применительно к проблеме модифицирования поверхностных свойств металлических материалов одной из наиболее актуальных является проблема синтеза тонкопленочных покрытий на основе алмазоподобной модификации углерода, карбидов и дихалькогенидов тугоплавких металлов. Осаждение покрытий из данных материалов и их комбинации может оказывать существенное влияние на трибологические характеристики поверхности.

Проблема разработки высокоэффективных методов модифицирования поверхности металлических материалов ионными и интенсивными лазерными пучками актуальна для различных отраслей промышленности. В машиностроении данные методы могут найти применение при модифицировании поверхностей различных пар трения путем формирования износостойких или антифрикционных слоев, при решении проблем повышения коррозионной стойкости, при создании тонкопленочных покрытий с улучшенными электрофизическими, химическими и другими свойствами. В технологии микроэлектроники ионное и светолучевое модифицирование находят применение при формировании функциональных слоев с требуемыми свойствами.

Разработка процессов достаточно «мягкого» модифицирования допоро-говыми лазерными импульсами наиболее актуальна для решения задач низкотемпературной очистки поверхности и низкотемпературного осаждения тонких пленок. Снижение температуры технологических процессов, переход исключительно к газофазным методам модифицирования и осаждения - наиболее актуальное требование микро- и наноэлектроники. Наряду с лазерными УФ-пучками для инициирования химических процессов в газовой фазе широко используются ламповые источники УФ-излучения. Лазерные источники УФ

17 9 фотонов отличает очень высокая плотность фотонов (до 10 см") во время импульса, что может обуславливать необычные физические и химические явления в газовой среде и на модифицируемой поверхности. Представляется интересным проведение сравнительных исследований по модифицированию поверхности и формированию тонкопленочных структур в активируемых газовых средах под воздействием УФ-источников различного типа. Исследование поверхностных процессов в УФ-активируемых газовых средах возможно только при использовании методик, исключающих контакт модифицируемой поверхности с воздухом на стадии перехода от УФ-обработки к аналитическим исследованиям. Это потребовало разработки и создания экспериментального комплекса, позволяющего проводить in situ исследования химического состояния поверхности методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Применение данного комплекса позволило как исследовать механизмы фотонно-индуцированных процессов, так и создавать при пониженных температурах тонкопленочные структуры диэлектрик-полупроводник с хорошими свойствами.

Цель данной работы заключалась в экспериментальном исследовании процессов физической и химической природы и выявлении механизмов, определяющих перенос атомов, характер химических реакций, структуро- и фазообразование в приповерхностных слоях и тонкопленочных покрытиях при ионном и лазерном облучении в вакууме, инертных и химически активируемых газах.

Для достижения данной цели решались следующие задачи:

Разработка экспериментальных методик и создание экспериментального оборудования, позволяющего проводить комплексное модифицирование поверхности и осаждение тонких пленок с использованием низко- и среднеэнерге-тичных ионных пучков, наносекундных лазерных импульсов и высокоэнер-гетичных фотонов УФ-области спектра

Исследование эволюции микроструктуры металлов при ионном легировании с различными дозами имплантации, изучение закономерностей структуро- и фазообразования ионно-имплантированных «сплавов» в системах элементов, различающихся термодинамическими и теплофизическими характеристиками, сравнительное исследование структуры локального окружения и химического состояния внедряемых атомов в ионно-имплантированных «сплавах» и сплавах, формируемых наносекундным лазерным легированием

Разработка методики лазерного (наносекундного) поверхностного легирования металлических материалов для формирования сверхбыстрым охлаждением из жидкой фазы неравновесных поверхностных структур, в том числе, в системах элементов, в которых образование сплавов традиционными металлургическими методами невозможно в силу ограничений теплофизического или термодинамического характера

Исследование закономерностей структуро- и фазообразования и изучение особенностей химического взаимодействия атомов при осаждении пленок металлов, углерода и ряда металлосодержащих химических соединений (карбидов и сульфидов тугоплавких металлов) из лазерного факела в вакууме и инертном газе под низко- и среднеэнергетичным ионным облучением, исследование ионно-индуцированных процессов массопереноса и образования новых химических связей в объеме таких пленок и на межфазной границе с матрицей Исследование свето-индуцированных низкотемпературных процессов модифицирования химического состояния поверхности кремния, включающих удаление углеродосодержащих загрязнений и естественного оксида, и осаждения пленок из активируемой газовой фазы при использовании ламповых и лазерных источников УФ-излучения, разработка и применение методики in situ контроля за химическим состоянием поверхности для изучения механизмов реализуемых поверхностных процессов

Научные положения выносимые на защиту:

1. Разработан комплекс оригинальных экспериментальных методик и создано экспериментальное многофункциональное оборудование, в котором реализовано наносекундное лазерное легирование, ионная имплантация из лазерной плазмы, осаждение тонкопленочных покрытий из лазерного факела в вакууме или инертном газе в комбинации с импульсной ионной имплантацией для осуществления ионно-ассистированного формирования покрытий и ионно-луче-вого перемешивания атомов на межфазных границах. Разработанные методики позволили проводить ионно- и лазерно-индуцированный синтез новых метаста-бильных «сплавов» и формировать тонкопленочные покрытия в определенных системах элементов, выявляя влияние основных факторов (химической совместимости, структуры и теплофизических свойств компонентов) на развитие процессов миграции атомов, формирования химических связей, структуре- и фазо-образования таких «сплавов» и покрытий. Экспериментально показана возможность применения разработанных методик для модифицирования триболо-гических свойств и коррозионной стойкости поверхности конструкционных материалов.

2. Экспериментально установлено, что несмотря на ограничения теплофизичес-кого (сильное различие теплофизических свойств: Sn-Mo) и термодинамического характера (несмешиваемость компонентов в жидкой фазе: Sn-Cr) методика наносекундного лазерного облучения системы пленка-матрица позволяет эффективно (до концентрации в несколько десятков атомных %) легировать поверхностный слой металлической матрицы. Внедрение атомов из тонкопленочного покрытия протекает за времена несколько десятков наносекунд при разогреве матрицы выше температуры ее плавления в условиях высоких давлений паров легирующего вещества по механизму диффузии или конвектив

1 1 ного перемешивания в расплаве и заканчивается быстрым охлаждением (10 К/с) жидкого сплава. Эффективность внедрения из пленки может быть увеличена в несколько раз при облучении системы пленка-подложка через прозрачное для излучения покрытие, которое ограничивает разлет паров, увеличивая время их взаимодействия с расплавом.

3. Экспериментально исследованы структурно-фазовые изменения в поверхностных слоях металлических материалов при ионно- и лазерно-индуцированном

57 57 119 синтезе ряда новых метастабильных «сплавов» (Те-Та, Те-Си, "^п-Сг, |198п-Ре, 1198п-Мо). Методом электронной мессбауэровской спектроскопии выявлена общность характеристик структуры (конфигурации) локального окружения внедряемых атомов (57Бе, 1198п) при высокодозной ионной имплантации и лазерном легировании, что указывает на возможность применения металлургической модели структурообразования ионно-имплантируемых сплавов, согласно которой структура формируется в результате быстрого охлаждения тепловых пиков, образующихся при внедрении высокоэнерге-тичных ионов. Различие в скорости охлаждения теплового пика (~1014 К/с) и расплавленного лазерным излучением слоя (~10п К/с) обуславливает различие в степени дефектности структур и в размерах образующихся фазовых включений

4. Экспериментально выявлена корреляция структуро- и фазообразования в ионно-имплантируемых и лазерно-легированных метастабильных сплавах с равновесными термохимическими характеристиками систем, проявляющаяся в формировании гомогенной аморфной структуры в системе с отрицательной энтальпией смешения (Те-Та) и образовании (в результате миграции атомов на высокотемпературной стадии формирования) микроскоплений внедряемых атомов в системах элементов с положительной энтальпией смешения (Бп-Сг,

Fe-Cu, Sn-Fe). Преципитаты имели неравновесную микроструктуру с упаковкой атомов, зависящей от параметров фазовой диаграммы и характерной либо для основной стабильной фазы ([З-Sn при легировании хрома оловом), либо для высокотемпературной модификации преципитата (y-Fe при внедрении железа в медь), либо промежуточной фазы, наиболее богатой атомами сегрегирующего элемента (FeSn2 при внедрении олова в железо). Несмотря на несовместимость Sn и Мо, в этой системе созданы неравновесные твердые растворы олова в молибдене, что может быть обусловлено сильным различием теплофизических свойств компонентов, не допускающих образование стабильных включений жидкого Sn на высокотемпературной стадии формирования (в расплавленном молибдене).

5. Экспериментально установлено, что в фазовая сегрегация имплантируемых атомов не исключала возможность формирования аморфных ионно-имплактированных сплавов в системе с положительной энтальпией смешения атомов (Sn-Cr, AHmjx=+10 кДж/моль), когда высокая плотность субмикровключений с упаковкой атомов отличной от упаковки атомов решетки матрицы обуславливала сильное искажение окружающей решетки. При образовании включений с решеткой идентичной решетке матрицы (Fe-Cu, AHmix=+13 кДж/моль) формировался метастабильный сплав с кристаллической структурой. При ла-зерно-индуцированном синтезе сплавов Sn-Cr кинетические условия допускали рост в расплаве достаточно больших включений олова (до 20 нм), исключая его влияние на процессы эпитаксиальной кристаллизации матрицы хрома.

6. Экспериментально обнаружены эффекты модифицирования структуры тонкопленочных покрытий из углерода и карбидов металлов, формируемых импульсным лазерным осаждением под облучением среднеэнергетичными ионами. В пленках химически совместимых атомов (а-С, ТаСх) варьирование дозы дополнительного ионного облучения позволяло активировать химическое взаимодействие атомов, инициировать структурные изменения, связанные с кристаллизацией карбида и переходами между графито- и алмазоподобной модификациями а-С, а также вызывать «отжиг» внутренних механических напряжений.

Облучение ионами пленок (№АиСх), содержащих химически несовместимые компоненты (Аи-С), стимулировало транспортные процессы, приводящие к усилению химической сегрегации между компонентами и формированию крупных фазовых образований. Модифицирование тонкопленочных покрытий а-С ионным пучком позволило улучшить их трибологические свойства.

7. Экспериментально установлены процессы, определяющие структуре- и фазо-образование тонкопленочных покрытий на основе химического соединения элементов с сильно различными теплофизическими свойствами (Мо82) при импульсном лазерном осаждении в вакууме. Выявлены условия близкого к конгруэнтному переноса состава мишени МоБг в пленку при припороговых (по ионизации паров) интенсивностях лазерного излучения. Однако из-за низкой энергии осаждаемых частиц синтез соединения МоБг протекал не эффективно, и покрытия обладали неудовлетворительными трибологическими свойствами. При развитии процессов ионизации лазерного факела структура и состав пленок формируются под воздействием ускоренных частиц (ионов, атомов), инициирующих селективное распыление и десорбцию атомов серы, обуславливая формирование субстехиометрического соединения Мо82.у. Активирование миграции атомов в каскадах столкновений, приводит к развитию процессов кристаллизации покрытий, в результате которых формируется двухфазная структура на основе 2Н-гексагональной фазы МоБг с включениями металлического Мо. Такие пленки обладали хорошими антифрикционными свойствами.

8. Экспериментально установлено, что варьирование давления инертного газа при импульсном лазерном осаждении пленок Мо8х с высоким лазерным флюенсом оказывает влияние на структурообразование пленок и распределение элементов по поверхности подложки, что обусловлено изменением разлета и энергетического спектра частиц факела, и, как следствие, изменением картины процессов, инициируемых падающими частицами на поверхности осаждаемых пленок. Осаждение низкоэнергетичных частиц под облучением сохраняющихся в потоке ионов с энергиями до 1 кэВ приводило к формированию пленок стехиометрического состава с аморфной структурой, в которой преобладали химические связи, характерные для совершенной 2Н-структуры Мо82. Такие пленки проявляли наилучшие антифрикционные свойства (коэффициент трения на воздухе не выше 0,04) и повышенную износостойкость.

9. Экспериментально установлено, что внедрение ионов через межфазную границу МоБх-Бе вызывало перемешивание всех элементов в каскадах столкновений и формирование слоя с аморфной структурой, в котором образуются новые химические связи между атомами. Характер ионно-индуцированных процессов отличен от характера термически-активированных твердофазных реакций. Атомы серы эффективно внедряются в железо и образуют связи по типу РеБг. Свободные атомы молибдена смешиваются с атомами железа, образуя микро-влючения с аморфной структурой. Анализ термохимических свойств систем Мо-Б и Бе-Б позволил предположить, что химические связи формируются при достаточно высоких температурах и давлениях, возникающих в тепловых пиках, когда после ионного разрушения связей 8 с Мо преобладает реакция атомов серы с железом, что в условиях эффективного внедрения серы из пленки Мо8х обуславливает преимущественное формирование соединения наиболее богатого серой - Ре82. Не обнаружено перемешивания атомов металла (Аи) с атомами химического соединения (№3С), если он проявлял сильную химическую несовместимость с одним из компонентов соединения (С). Ионно-акти-вированные транспортные процессы в пленке и на границе раздела вызывали схлопывание металла в глобулы, уменьшая площадь контакта химически несовместимых фаз.

10. Экспериментально исследованы особенности лазерно-индуцированого осаждения пленок в химически активируемых средах при достаточно низких (до-пороговых) интенсивностях лазерного излучения. При осаждении пленок 8 Юг из смеси паров 8ьсодержащего органического соединения (ТЭОС) и 02 при температурах 20-200°С под действием лампового (дейтериевой лампы) и лазерного источников (АгР эксимерный лазер) излучения УФ-диапазона обнаружено доминирующее влияние на структурообразование пленок и их свойства процессов генерации химически активных частиц и их взаимодействия в газовой фазе и на поверхности пленок. Применение интенсивного лазерного источника УФ-излучения не оказывало существенного влияния на структурообра-зование и свойства пленок, но вызывало более высокие скорости их осаждения. Влияние интенсивности потока УФ-фотонов на развитие процессов формирования пленок экспериментально обнаружено при осаждении пленок кремния при пониженных температурах (-50°С) из дисилана. Интенсивное излучение ArF лазера стимулировало осаждение поликристаллических пленок кремния, вызывая формирования Si-Si химических связей и кристаллизации в Si-содер-жащих слоях одновременно. При использовании менее интенсивного лампового источника УФ-излучения (Hg-лампы низкого давления) обнаружено формирование тонких пленок с аморфной структурой.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Разработана оригинальная экспериментальная комплексная методика ионной имплантации и ионно-ассистированного осаждения тонкопленочных покрытий из лазерного факела, показана возможность применения разработанных методик для модифицирования поверхностных свойств металлических материалов.

На основе оптико-акустических измерений показано, что наносекундное лазерное легирование металлических материалов протекает в условиях взаимодействия паро-плазменного облака с матрицей и разработана методика повышения эффективности процессов поверхностного легирования путем облучения через прозрачное покрытие.

Впервые методами ионной имплантации и импульсного лазерного легирования созданы новые неравновесные структуры в системах элементов с сильно различающимися теплофизическими и термодинамическими свойствами, исследованы их структурно-фазовые характеристики и проведены всесторонние сравнительные мессбауэровские исследования состояния атомов в них

Впервые исследованы механизмы формирования пленок MoSx при импульсном лазерном осаждении в вакууме и под среднеэнергетичным ионным облучением, предложена модель структурообразования этих пленок, учитывающая эффекты селективного распыления и десорбции атомов ускоренными частицами лазерного факела и ионно-индуцированной кристаллизации.

Предложена и исследована методика импульсного лазерного осаждения пленок Мо8х при импульсном лазерном осаждении в инертном газе, проведен анализ процессов разлета лазерного факела в газе различного давления и выявлены механизмы, определяющие состав и химическое состояние пленок. Изучено влияние структурно-фазового состояния тонкопленочных покрытий Мо8х на их трибологические свойства.

Обнаружены эффекты модифицирования структуры тонкопленочных покрытий из углерода и его соединений с металлами, формируемых импульсным лазерным осаждением под облучением среднеэнергетичными ионами, которые включали активирование химического взаимодействия атомов металл-углерод,

2 3 изменение типа химических связей (ер -эр ) атомов в углероде, реорганизацию структурного состояния, проявляющуюся в кристаллизации, «отжиге» внутренних механических напряжений и усилении фазовой сегрегации в пленках из химически несовместимых элементов. Исследовано влияние структуры покрытий на их трибологические свойства.

Исследованы особенности ионно-индуцированных реакций металла с химическими соединениями, содержащими химически совместимые с металлом (Мо8х/Ре) и несовместимые элементы (Аи/№зС), выявлено существенное влияние характера химического взаимодействия элементов на развитие процессов ионно-индуцированного перемешивания атомов на границе раздела

Проведено сравнительное исследование структурообразования и свойств пленок диоксида кремния и кремния при химическом осаждением в фото-активи-руемых средах под воздействием лазерных и ламповых источников излучения УФ-диапазона, что позволило изучить влияние природы фотонных пучков на характер физических и химических процессов, определяющих свето-индуци-рованный химический синтез тонкопленочных слоев.

Практическая ценность результатов работы определяется тем, что при выборе объектов исследования наряду с научно значимыми критериями учитывали области возможного применения этих результатов для решения технических задач. Созданные экспериментальные ионно-и фотонно-лучевые методики и оборудование позволяют разрабатывать физические и химические основы современных высоких технологий, проводить модифицирование конкретных изделий, которое осуществлялось для ряда отечественных и зарубежных исследовательских фирм в рамках совместных научных проектов. Полученные данные представляют полезную информацию для специалистов, разрабатывающих новые методы модифицирования и новые материалы для различных практических задач. Так результаты по формированию неравновесных поверхностных сплавов, тонкопленочных покрытий Мо8х, ТаСх, а-С и изучению ионно-индуцированных межфазных реакций могут представлять конкретный практический интерес при разработке процессов создания многослойных антифрикционных, твердых и защитных покрытий, применяемых в машиностроении, микромеханике и технологии микроэлектроники. Результаты исследования УФ-индуцированных процессов модифицирования поверхности кремния и осаждения пленок диоксида кремния и поликристаллического кремния могут быть использованы при разработке современных низкотемпературных газофазных процессов формирования функциональных слоев для кремниевой технологии. Снижение температуры технологических процессов, переход исключительно к газофазным методам модифицирования и осаждения - наиболее актуальное требование микро- и наноэлектроники.

Апробация работы:

Результаты работы докладывались на IX Всесоюзной конференции по микроэлектронике (Казань, 1980 г.); Республиканской конференции «Автоматизация и механизация процессов производства и управления» (Каунас, 1980 г.); XIII, Х1У, ХУ1П, ХХ1У Межнациональных совещаниях по взаимодействию заряженных частиц с кристаллами (МГУ, 1983-1994 гг.); X Всесоюзной конференции по физике прочности и пластичности металлов и сплавов (Куйбышев,

- 21

1983 г.); У1 Всесоюзной конференции по нерезонансному взаимодействию оптического излучения с веществом (Паланга, 1984 г.); I, III Международной конференции по модификации полупроводников и других материалов импульсами энергии (Дрезден, 1984, 1989 гг.); III отраслевой конференции «Промышленное технология и оборудование ионной имплантации» (Таллинн, 1984 г.); I Всесоюзном совещании по лазерной металлургии и лазерно-плазменной обработке (Москва, 1984 г.); УП, IX всесоюзных конференциях «Взаимодействие атомных частиц с твердым телом» (Минск, 1984 г., Москва 1989 г.); I, III Всесоюзных конференциях по применению лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации (Ленинград, 1984 г., Таллинн 1987 г.); I Всесоюзной конференции «Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц» (Томск, 1988 г.); Всесоюзной конференции «Ионно-лучевая модификация материалов» (Каунас, 1989 г.); Международной конференции по ионной имплантации и ионно-лучевому оборудованию (Болгария, 1990 г.); X, XI Всесоюзных конференциях по взаимодействию ионов с поверхностью (Звенигород 1991 г., Москва 1993 г.); Международной конференции по современным и лазерным технологиям (Москва, 1992 г.); I, III Российских конференциях «Микроэлектроника и информатика» (Звенигород 1994 г., Зеленоград 1997 г.).

Основные результаты работы опубликованы в [5-48].

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Фоминский, Вячеслав Юрьевич

Основные выводы из проведенных в работе исследований можно сформулировать следующим образом:

1. Разработано и создано экспериментальное многофункционального оборудование, объединяющее комплекс методик поверхностного модифицирования материалов ионными и лазерными пучками: наносекундное лазерное легирование, имплантацию ионов с энергиями до 100 кэВ из лазерной плазмы различных элементов, осаждение тонкопленочных покрытий из лазерного факела в вакууме или инертном газе, ионно-ассистированное формирование тонкопленочных покрытий. Показана возможность применения разработанных методик и оборудования для модифицирования трибологических свойств и коррозионной стойкости поверхности конструкционных материалов. Разработана и создана экспериментальная установка для in situ исследований процессов фотонно-индуцированого химического осаждения тонких пленок и модифицирования поверхности в фото-активируемых средах с применением лазерных и ламповых УФ-источников.

2. Установлено, что воздействие на металлическую систему пленка-матрица Л наносекундным лазерным импульсом с плотностью энергии 1-20 Дж/см вызывает внедрение из пленки в поверхностный слой матрицы на глубину < 0,5 мкм различных элементов, независимо от их оптических, теплофизических и химических свойств. Экспериментальное исследование процессов оптико-акустическим методом и теоретический анализ тепловых полей и концентрационных профилей позволили предположить, что внедрение атомов протекает за времена несколько десятков наносекунд при разогреве матрицы выше температуры ее плавления в условиях высоких давлений паров легирующего вещества по механизму диффузии или конвективного перемешивания в расплаве и заканчивается быстрым охлаждением (10й К/с) формирующегося жидкого сплава. Эффективность внедрения увеличивается в несколько раз при облучении через прозрачное покрытие, оказывающее влияние на разлет паров.

3. Методами ионной имплантации и лазерного легирования созданы метастабильные «сплавы» в системах элементов, отличающихся термохимическими свойствами (57Fe-Ta, 57Fe-Cu, 119Sn-Cr, 119Sn-Fe, 119Sn-Mo), и выявлена корреляция процессов структурообразования с равновесными термодинамическими параметрами выбранных систем, проявляющаяся в формировании аморфной структуры в системе с положительной энтальпией смешения компонентов в жидкой фазе (Fe-Ta) и образованием микроскоплений внедряемых атомов при отрицательной энтальпии смешения (Sn-Cr, Fe-Cu, Sn-Fe). В системе Sn-Mo, характеризующейся положительной энтальпией смешения атомов, и при ионной имплантации, и при лазерном легировании образовывались неравновесные твердые раствора Sn в Мо, что может быть обусловлено сильным различием теплофизических свойств компонентов, не допускающим образование стабильных включений жидкого Sn на высокотемпературной стадии процессов формирования (в расплавленном Мо).

4. Выявлено влияние структурного фактора на фазообразование ионно-имплан-тированных сплавов в системах с положительной энтальпией смешения атомов. Установлено, что фазовая сегрегация имплантируемых атомов не исключала возможность формирования аморфных ионно-имплантированных сплавов (Sn-Cr, АН1шх= кДж/моль), когда высокая плотность микровключений с упаковкой атомов отличной от упаковки атомов решетки матрицы обуславливала сильное искажение окружающей решетки. Однако, при меньших скоростях охлаждения жидкого сплава Sn-Cr, реализуемых при лазерном облучении, кинетические условия допускают рост достаточно больших включений олова (до 20 нм), исключая его влияние на процессы эпитаксиальной кристаллизации матрицы хрома. Если же ионная имплантация сопровождалась фазовой сегрегация с образованием включений с решеткой идентичной решетке матрицы (Fe-Cu, AHmix=+13 кДж/моль), то формировался метастабильный «сплав» с кристаллической структурой.

5. Исследованы параметры ядерных у-резонансных спектров мессбауэровских изотопов 57Fe, 119Sn, внедренных в металлические матрицы (Та, Cu, Cr, Мо, Fe) ионной имплантацией и наносекундным лазерным легированием. Выявленная общность параметров спектров, зависящих от структуры локального окружения внедренных изотопов, указывает на возможность применения «металлургической» модели структурообразования метастабильных высоколегированных сплавов при ионной имплантации и лазерном легировании, которая учитывает процессы быстрого охлаждения неравновесной жидкой фазы в тепловых пиках и зоне лазерного плавления. Различие в скорости охлаждения теплового пика (условно -1014 К/с) и расплавленного лазерным излучением слоя (1011 К/с) обуславливает наблюдаемые экспериментально отличия в степени дефектности структур и размерах фазовых образований, формирующихся при ионной имплантации и лазерном легировании.

6. Экспериментально обнаружены эффекты модифицирования структуры тонкопленочных покрытий из аморфного углерода и его соединения с металлом (ТаСх), формируемых импульсным лазерным осаждением под облучением среднеэнер-гетичными ионами, которые включали изменение типа химических связей (sp osp ) атомов в углероде и активирование химического взаимодействия атомов металл-углерод, стимулировали кристаллизацию, а также вызывали «отжиг» внутренних механических напряжений. Облучение ионами пленок (NiAuCx), содержащих химически несовместимы компоненты (Аи-С), стимулировало транспортные процессы в пленках, приводящие к усилению сегрегации между компонентами и образованию крупных фазовых образований. Выявлены эффекты улучшения трибологических свойств тонкопленочных покрытий {а-С) при оптимальной дозе ионного облучения.

7. Исследованы закономерности формирования состава и структурно-фазового состояния пленок на основе металлосодержащего химического соединения из элементов с аномально различными теплофизическими свойствами (MoS2) при импульсном лазерном осаждении в вакууме. Установлен режим близкого к конгруэнтному переноса состава мишени при низких лазерных флюенсах. При увеличении лазерного флюенса выявлено существенное влияние процессов неконгруэнтного «испарения» мишени, десорбции и распыления атомов пленки ускоренными частицами (ионами, атомами) лазерного факела, приводящих к тому, что элементный состав пленок в общем случае отличается от стехиометричес-кого (1<х <3), а химическое состояние атомов Мо и S - от характерного для соединения MoS2. Структура пленок формировалась в результате конкуренции ионно-индуцированных процессов кристаллизации и разупорядочения, приводящих к зарождению 2Н-гексагоналъной фазы MoS2 и ее трансформацию в ламинарную (турбостратную) структуру, в которой базисные плоскости оказываются ориентированными преимущественно перпендикулярно поверхности.

8. Предложена методика и экспериментально исследованы закономерности процессов формирования тонкопленочных покрытий MoSx при импульсном лазерном осаждении в инертном газе, оказывающем влияние на энергетический спектр частиц факела, и, как следствие, изменяющий картину процессов, инициируемых ионами и ускоренными частицами на поверхности осаждаемых пленок. Выявлены условия формирования пленок с составом близким к стехиометрическому на основной площади осаждения с аморфной структурой, в которой реализовано совершенное (типичное для 2H-MoS2) химическое состояние атомов, возможно организованных в микрокрокластеры с ориентированной параллельно поверхности ламинарной структурой. Такие пленки проявляли наилучшие антифрикционные свойства (коэффициент трения на воздухе не выше 0,04) и повышенную износостойкость.

9. Экспериментально выявлена общность характеристик неравновесных металлических структур, формируемых ионной имплантацией, ионным перемешиванием и ионно-ассистированным соосаждением атомов. Исследование систем с отрицательной (Fe-Ta, АНт;х= -15 кДж/моль) и положительной энтальпией смешения атомов (Sn-Cr, AHmix=+10 кДж/моль) показало доминирующее влияние термохимических параметров на ионно-индуцированньш перенос атомов и структурообразование метастабильных «сплавов» при различных исходных состояниях системы. Это обуславливает возможность модифицирования поверхности металлической матрицы путем ионной имплантации и ионно-индуцированного формирования биметаллического покрытия без резкой границы раздела.

10. Исследованы механизмы переноса атомов и формирования новых химических связей при ионно-индуцированном перемешивании металлов с металлосодержа-щим химическим соединением. В системе химически совместимых элементов MoSx-Fe ионное облучение вызывало перемешивание всех элементов в каскадах столкновений и формирование слоя с аморфной структурой, в котором образовывались химические связи между атомами Fe и S по типу FeS2. Атомы Мо объединялись в аморфные микровключения с железом. Не обнаружено перемешивания атомов металла (Аи) с атомами химического соединения (Ni3C), если он проявлял сильную химическую несовместимость с одним из компонентов соединения (С).

11. Экспериментально исследованы особенности процессов модифицирования поверхности кремния и осаждения тонких пленок при облучении импульсными лазерными (ArF эксимерный лазер) и низкоинтенсивными ламповыми (Hg-лампа низкого давления, В2-лампа) пучками фотонов УФ-диапазона в фото-активи-руемых средах. Установлено доминирующее влияние химических процессов, инициируемых фотонами независимо от интенсивности их потока (типа источника), на развитие процессов удаления естественного оксида кремния и осажде

- 282 ние пленок Si02 из смеси паров Si-coдержащего органического соединения (ТЭОС) и 02 при температурах 20-200°С. Выявлено влияние интенсивности фотонного потока на структурообразование пленок кремния, осаждаемых при пониженных температурах (-50°С) из дисилана. Излучение ArF лазера стимулировало осаждение поликристаллических пленок, вызывая формирования Si-Si химических связей и кристаллизацию в Si-содержащих слоях одновременно. При низкой плотности фотонного потока от Hg-лампы низкого давления формировались тонкие пленок с аморфной структурой.

В заключении считаю своим приятным долгом выразить благодарность профессору Ю.А.Быковскому и профессору В.Н.Неволину за постоянное внимание к работе и плодотворное обсуждение ее результатов, а также своим коллегам А.М.Маркееву, Р.И.Романову, О.И.Науменко за помощь в создании экспериментального оборудования и проведении исследований.

- 274 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования показали, что использование наносекундного лазерного излучения позволяет реализовать ряд взаимодополняющих методов модифицирования поверхности твердых тел, включающий изменение структурно-фазового состояния приповерхностных слоев матрицы и осаждение тонкопленочных покрытий в условиях направленного воздействия на границу раздела покрытие - матрица. Для изучения особенностей процессов модифицирования твердых тел данными методами разработан комплекс оригинальных экспериментальных методик и создано экспериментальное оборудование, не имеющее аналогов в стране и за рубежом.

Непосредственное облучение поверхности обрабатываемых материалов в комбинации пленка легирующего вещества - металлическая подложка достаточно интенсивными лазерными импульсами приводит к формированию на глубине до 1 мкм различных метастабильных поверхностных сплавов независимо от теплофизических и термохимических свойств компонентов. Варьирование условий воздействия (плотности энергии излучения в импульсе, толщины пленки, использование прозрачного покрытия) позволяет выявить оптимальные режимы легирования с точки зрения реализации требуемой эффективности внедрения и концентрационного состава поверхностного сплава. Реализуемые высокие скорости охлаждения расплава обуславливают «замораживание» принципиально новых неравновесных поверхностных структур, которые могут обладать интересными свойствами.

Использование лазерных пучков коротковолновых фотонов из УФ-области спектра открывает возможности изменения химического состояния поверхности и осаждения тонкопленочных слоев при воздействии с умеренными (допоро-говыми) плотностями световой энергии. Модифицирование поверхности и низкотемпературное осаждение пленок реализуются в результате комплекса физических и химических процессов, которые инициируются излучением в окружающем подложку газе и на поверхности. При этом в общей картине возможно как превалирование не зависящих от плотности фотонного потока УФ-индуциро-ванных химических процессов, обуславливающих очистку поверхности или осаждение тонких слоев, так и протекание специфических лазерно-индуциро-ванных процессов формирования химических связей и перестройки структуры (кристаллизации) в тонкопленочных слоях.

Эрозионный факел и плазменно-паровые пучки, образующиеся при воздействии на твердое тело достаточно интенсивных лазерных импульсов, использованы в работе для модифицирования поверхности материалов путем имплантации ионной компоненты сильно ионизованных пучков отдельно и в комбинации с осаждением испаряемого лазером вещества. Протекающие при ионном модифицировании процессы имеют неравновесный характер и приводят к формированию метастабильных поверхностных «сплавов» и тонкопленочных структур с новыми свойствами. В работе исследованы особенности структурного состояния новых метастабильных ионно-имплантированных «сплавов», сформированных из металлических элементов, отличающихся структурными и химическими свойствами. Определены условия образования аморфных или кристаллических структур, проведены сравнительные исследования характеристик структуры локального окружения внедренных атомов в ионно-имплантированных и лазерно-легированных сплавах и выявлена возможность единого подхода к анализу структурообразования метастабильных металлических сплавов в ионно-имплантационной и лазерной металлургии.

Варьирование условий лазерного воздействия на мишень позволяет изменять пространственно-энергетические характеристики частиц (ионов, атомов) и элементный состав образующихся плазменно-паровых пучков. Это оказывает влияние на развитие процессов структуро- и фазообразования в тонкопленочных покрытиях, формируемых импульсным лазерным осаждением. Имплантация ионов с энергиями в несколько десятков кэВ использована в работе для дополнительного воздействия на структурообразование таких покрытий и инициирования перемешивания атомов и образования химических связей на границе раздела покрытие - матрица. Характер данных процессов оказывается во многом зависящим от термохимических свойств компонентов покрытия и матрицы, исключая возможность применения данной методики для инициирования межфазных реакций между элементами, характеризующимися сильной химической несовместимостью.

Исследования с использованием двойных металлических систем позволили выявить общность характеристик неравновесных структур, формируемых ионной имплантацией, ионно-ассистированным осаждением и ионным перемешиванием в системах с отрицательной (Те-Та, ЛНтк= -15 кДж/моль) и невысокой положительной энтальпией смешения атомов (Бп-Сг, АН1тах=+10 кДж/моль). Имплантация среднеэнергетичных ионов не приводила к заметным структурным изменениям в двухкомпонентных покрытиях на основе выбранных элементов. Данные результаты указывают на возможность реализации последовательности процессов: ионная имплантация —» ионное перемешивание -» ионно-ассистированное осаждение, позволяющей обойти характерное для ионной имплантации ограничение на глубину модифицирования и формировать более толстые функциональные слои, отличающие отсутствием резкой фазовой границы покрытие-матрица.

При формировании тонкопленочных покрытий на основе металло-содержащих химических соединений (сульфиды м карбиды металлов) и аморфного углерода выявлена более сложная зависимость структурообразования покрытия от условий импульсного лазерного осаждения и среднеэнергетичного ионного облучения. В общем случае структура покрытий формируется при конкуренции ионно-индуцированных процессов «отжига» и аморфизации, т.е. оказывается возможным как инициирование среднеэнергетичными ионнами структурной перестройки по направлению от метастабильной структуры к равновесной (например, частичная графитизация алмазоподобных углеродных пленок, ионно-индуцированная кристаллизация в пленках Мо8х, рост зерна и появление признаков текстуры в пленках ТаС), так и модифицирование стабильных фаз с переводом структуры в неравновесное состояние (например, разрушение включений графитных кластеров и формирование алмазоподобной аморфной структуры в пленках углерода). Процесс ионно-индуцированного «отжига» неравновесных состояний, формирующихся при физическом осаждении тонкопленочных покрытий, становится доминирующим при внедрении высоких доз среднеэнергетичных ионов.

Исследования механических и электрохимических свойств сформированных на поверхности металлических материалов (сталей) неравновесных и тонкопленочных структур показали, что при оптимизации условий модифицирования поверхности удается существенно улучшить ее трибологические характеристики и повысить коррозионную стойкость. В трибоиспытаниях эффект от ионно-имплантационной обработки наиболее выражен в случае проведения тестов в относительно «мягких» условиях. Однако, и в случае испытаний в «жестких» условиях ионное модифицирование оказывает влияние на характер три-бовзаимодействия поверхностей на начальном этапе, обуславливая изменение коэффициента трения и износа при длительных испытаниях. В работе рассмотрены возможные причины влияния химической природы имплантируемых ионов на трибологические свойства и коррозионную стойкость модифицированной поверхности.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Фоминский, Вячеслав Юрьевич, 1999 год

1. Пранявичус Л., Дудонис Ю. Модификация свойств твердых тел ионными пучками/Вильнюс. «Мокслас».1980.

2. Диденко А.Н., Лигачев А.Е., Куракин И.Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов/ М.:Энергоатомиздат.1987.

3. Рыкалин H.H., Углов A.A., Зуев Н.В. и др. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов/ Машиностроение. 1985.

4. Быковский Ю.А., Неволин В.Н. Лазерная масс-спектрометрия/ М.:Энерго-атомиздат.1985.

5. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов/М.: Энергоатомиздат. 1991. 240с.

6. Альтудов Ю.К., Быковский Ю.А., Лаптев И.Д., Фоминский В.Ю. Особенности импульсного легирования твердых тел / Тез. докладов IX Всесоюзной конференции по микроэлектронике//Казань. 1980. С.29.

7. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю., Мамонтов А.Н. Поверхностное легирование стали Х18Н9Т танталом с помощью монохроматического излучения/ФХОМ. 1983. №6. С.136-138.

8. Bikovskii Yu.A., Nevolin V.N., Fominskii V.Yu. Application of laser ion source for implantation of solids /Ext. abstracts.: Intern, confer, on energy pulse modification of semiconductor and related materials //Dresden. 1984. P.10.10.

9. Быковский Ю.А., Неволин B.H., Фоминский В.Ю. и др. О свойствах поверхностных сплавов после импульсного лазерного и ионного легирования стали/ Поверхность. 1984. № 3. С. 134-139.

10. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. и др. Направленное изменение кинетики испарения металлов для повышения эффективности формирования неравновесных сплавов под действием монохроматического излучения/ Поверхность. 1984. №5. С. 148-151.

11. Быковский Ю.А., Мамонтов А.Н., Неволин В.Н., Петрикин Ю.В., Фоминский В.Ю. Исследование механизмов формирования поверхностных сплавов хрома с оловом под действием импульсного лазерного излучения /

12. Тезисы докладов I Всесоюзного совещания по лазерной металлургии и лазерно-плазменной обработке// Москва. 1984. С. 131-132.

13. Быковский Ю.А., Куликаускас B.C., Мамонтов А.Н., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная имплантация хрома оловом / Тез. докладов YII Всесоюзной конференции "Взаимодействие атомных частиц с твердым телом"// Минск. 1984. С. 114.

14. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Куликаускас B.C., Мамонтов А.Н., Фоминский В.Ю. Исследование структурных изменений в монокристаллическом хроме при действии наносекундных импульсов лазерного излучения/Поверхность. 1985. №1. С. 138-142.

15. Бабикова Ю.Ф., Быковский Ю.А., Мамонтов А.Н., Неволин В.Н., Петрикин Ю.В., Фоминский В.Ю. Исследование структур поверхностных сплавов хрома с оловом, сформированных методами ионного и лазерного легирования/ ЖТФ. 1985. Т.55. №2. С.431-434.

16. Быковский Ю.А., Мамонтов А.Н., Фоминский В.Ю. Исследование влияния ионной бомбардировки на структуру монокристаллов хрома и молибдена/ В кн.: «Радиацион. эффекты в металлах и сплавах»//Наука. 1985. С.156-159.

17. Али-Заде И.И., Биннатов К.Г., Грузин П.Л., Петрикин Ю.В., Фоминский В.Ю. Лазерная имплантация железа в медь / В книге: «Ядерно-физические методы и установки»//М.: Энергоатомиздат. 1986. С.53-58.

18. Мамонтов А.Н., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю., Хабелашвили И.Д. Установка для ионной имплантации металлов с лазерным источником ионов/ Электронная техника. Сер.7ТОПО. Вып. 1(134). 1986. С.69-71.

19. Быковский Ю.А., Куликаускас B.C., Маркеев A.M., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. О структурных изменениях в самоимплантированном монокристалле хрома/Поверхность. 1986. №4. С. 129-133.

20. Али-Заде И.И., Биннатов К.Г., Грузин П.Л., Неволин В.Н., Петрикин Ю.В., Фоминский В.Ю. Мессбауэровское исследование сплавов Fe-Cu, полученных сильноточной имплантацией ионов железа/ Известия АН СССР. Сер физическая. 1986. №12. Т.50. С.2304-2310.

21. Маркеев A.M., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Наносекундное лазерное легирование металлических материалов/ ФХОМ. 1987. №5. С. 14-23.

22. Маркеев A.M., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионное легирование металлических материалов с использованием импульсного лазерно-плазменного источника ионов / ФХОМ. 1988. №6. С.44-53.

23. Fominskii V.Yu., Hokonov A.S., Kulikauskas V.S. et al. Ion beam assisted deposition of MoSx films./ 3-rd Int. Confer, on Energy pulse and particle beam modification of materials, GDR// Dresden. 1989 .P.7-10.

24. Маркеев A.M., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная и наносекундная лазерная имплантация Sn в хром / Физика металлов и металловедение. 1990. Т.69. Вып. 1. С.138-145.

25. Быковский Ю.А., Маркеев A.M., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Массо-перенос и структурообразование в металлических покрытиях под облучением ионами средних энергий / Известия АН СССР. Сер. физическая. 1990. Т.54. №7. С. 1422-1428.

26. Fominskii V. Yu., Markeev A.M., Nevolin V.N. Pulsed ion beams for modification of metal surface properties / Vacuum. 1991. V.42. №1/2. P.73-74.

27. Неволин B.H., Фоминский В.Ю., Маркеев A.M. и др. Лазерно-плазменное и ионно-стимулированное осаждение антифрикционных и износостойких покрытий / Препринт МИФИ. 1991. №016-91. 24с.

28. Неволин B.H., Фоминский В.Ю., Вьюков Л.А. и др. Ионно-стимулированное формирование функциональных слоев в тонкопленочных технологиях / Электронная промышленность. 1992. №3. С. 16-19.

29. Nevolin V.N., Fominskii V.Yu., Naumenko O.I. et al. Low temperature photon-induced chemical vapour deposition of silicon dioxide / Intern. Confer, on Advanced and Laser Technologies. Moscow. 1992 // Book of Summarries. Part 5. P.29-31.

30. Неволин B.H., Фоминский В.Ю., Прокопенко В.Б. и др. Влияние режимов лазерно-плазменного осаждения на химический состав и структуру пленок MoSx / Материалы XI конференции "Взаимодействие ионов с поверхно-стью"//М. 1993. Т.2. С. 169-171.

31. Неволин В.Н., Фоминский В.Ю., Прокопенко В.Б. и др. Ионно-стимулиро-ванные реакции дихалькогенидов тугоплавких металлов с железом/ Матер. XI конф. "Взаимодействие ионов с поверхностью7/М. 1993. Т.З. С. 102-104.

32. Fominski V.Yu., Markeev A.M., Nevolin V.N et al. Structure formation in amorphous carbon films under intermediate energy ion bombardment / Vacuum 1993. V.44. №9. P.873-877.

33. Неволин B.H., Фоминский В.Ю., Прокопенко В.Б. и др. Ионно-лучевое перемешивание атомов и формирование химических связей на границе MoSx/Fe//Поверхность. 1994. № 1. С.85-91.

34. Fominski V.Yu., Markeev A.M., Nevolin V.N. et al. Pulsed laser deposition of MoSx films in a buffer gas atmosphere/ Thin Solid Films. 1994. №248. P.240-246.

35. Fominski V.Yu., Markeev A.M., Naumenko O.I., Nevolin V.N. et al. Combined photochemical processes for silicon technology: substrate cleaning, silicon dioxide deposition and annealing/ Appl. Surface Science. 1994. №78. P.437-443.

36. Неволин В.Н., Фоминский В.Ю., Вьюков Л.А. и др. Низкотемпературное фотонно-индуцированное удаление углерода с поверхности кремния / Поверхность. 1995. №1. С.22-28.

37. Фоминский В.Ю., Прокопенко В.Б., Маркеев A.M. Особенности структуро-образования и свойства тонких пленок металлов и алмазоподобного углерода при импульсном лазерном осаждении/ Конверсия. 1995. №11. С.40-42.

38. Fominski V.Yu., Naumenko O.I., Nevolin V.N. et al. Photochemical removal of organic contaminants from silicon surface at room temperature / Appl. Phys. Letters. 1996. V.59. P.2576-2578.

39. Алехин А.П., Мазуренко C.H., Маркеев A.M., Науменко О.И., Неволин В.Н.,

40. Фоминский В.Ю. In situ РФЭС-диагностика фотохимической газофазной очистки поверхности кремния от естественного окисла / Поверхность. 1996. №11. С.56-63.

41. Неволин В.Н., Фоминский В.Ю., Алехин А.П. Газофазные низкотемпературные УФ-индуцированные процессы для кремниевой технологии. I. Очистка поверхности/Известия вузов. Электроника. 1998. №5. С.69-85.

42. Неволин В.Н., Фоминский В.Ю., Алехин А.П. Газофазные низкотемпературные УФ-индуцированные процессы для кремниевой технологии. П. Осаждение и отжиг тонких слоев/ Известия вузов. Электроника. 1998. №6. С.33-42.

43. Никитин М.М. Технология и оборудование вакуумного напыления / М. Металлургия. 1992.

44. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / Под ред. Дж.М.Поута и др.; Пер. с англ. Под ред. А.А.Углова//М.: Машиностроение. 1987.

45. Biersack J.P, Haggmark L.G. A Monter-Carlo computer program for the transport of energetic ions in amorphous target/Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1980. Vol.174. P.257-263.

46. Geritsen E., Keetels H.A.A., Ligthart H.J. Depth selective microstructural analysis of ion implanted metals by cross-section transmission electron microscopy and computer simulation / Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 1989. Vol.B39. P.614-618.

47. Павлов П.В., Семин Ю.А., Скупов В.Д., Тетельбаум Д.И. Ударно-акустические эффекты в кристаллах при ионном облучении/ ФХОМ. 1991. №6. С.53-57.

48. Фундаментальные и прикладные аспекты распыления твердых тел/ Сб. статей. Под ред. Машковой Е.С.// М.: Мир. 1989. 349 с.

49. L.E.Rehn, P.R.Okamoto Resent progress in understanding ion-beam mixing/ Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1989. Vol.B39. P. 104-113.

50. T.D. de laRubia, R.S.Averback, R.Benedek, W.E.King. Fundamental aspects of ion beam mixing/Phys.Rev.Lett. 1987. V.59(17). P. 1930-1935.

51. Johnson W.L., Cheng Y.T., van Rossum M., Nicolet M-A. When is thermody- 289 namic relevant to ion-induced atomic rearangment / Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1985. Vol. B7/8. P.657-665.

52. Комаров Ф.Ф., Новиков А.П. Ионно-лучевое перемешивание при облучении металлов/ В сб. «Итоги науки и техники», серия: Пучки заряженных частиц и твердое тело//ВИНИТИ. 1993.Том.7. С.54-82.

53. Kim S.-J, Nicolet М.-А., Averback R.S. Influence of thermochemical properties on ion mixing of markers in Cu and (3-Zr at 77K with Кг/ Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1987. Vol.B19. P.662-668.

54. Cheng Y.-T., Auner G.W., Alkaisi M.H. et al. Thermodynamic and ballistic aspects of ion mixing/Nucl. Instr. Meth. Phys. Res.1991. Vol.65. P.509-516

55. Дине Дж, Винйард Дж. Радиационные эффекты в твердых телах. М.:ИЛ. 1960.

56. Sigmund P. Energy density and time constant of heavy-ion-induced elastic-collision spikes in solids/ Appl. Phys. Lett. 1974. V.25. No.3. P.169-171.

57. Ibe E. Picosecond diffusion in a thermal spike during ion mixing/ Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1989. Vol.B39. P. 148-152.

58. Chae K.U. Atomic transport in collisional atomic mixing in bilayers structures/ Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1994. Vol.88(4).P.387-393.

59. Sood D.K., Battaglin G., Kulkarni V.N. et al. Ion beam induced demixing in the Ni-Pb system/Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1987. Vol.B19. P.632-637.

60. Peiner E., Kopitzki K. Metastable Phases formed by ion mixing of binary metal systems with positive heats of formation/ Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1988. Vol.B34. P. 173-180

61. Miedema A.R., de Chatel P.F., de Boer F.R. Cohesion in alloys fundamentals of semi-empirical model/Physica. 1980. Vol.lOOB. P. 1-28.

62. Turns S., Azzam A., Kloska M.K. Lattice site occupation of non-soluble elements implanted in metals/Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 1987. Vol.B 19/20. P. 123-131.

63. Liu B.X. Further studies of ion mixing in binary metal systems/ Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. 1985. Vol. B7/8. P.547-551

64. Ossi P.M. Ion-beam-induced amorphization/ Mater. Science and Engeneering.1987. V.90. P.55-68.

65. Alonso J.A., Lopez J.M. Glass forming ability in binary alloys produced by ion mixing and laser quenching /Mater. Letters. 1986. Vol.4. No.5-7. P.316-319.

66. Liu B.X., Ma E., Li J. et al. Different behaviors of amorphization induced by ion mixing/Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1987. Vol.B 19/20 .P682-690.

67. Павлов П.В., Тетельбаум Д.И., Павлов А.В. и др. Структурные превращения при бомбардировке Fе/ Докл. АН СССР. 1974. Т.217. №2. С.330-332

68. Johnson Е., Johansen A., Sarbolt-Kristensen L. et al. Mossbauer and ТЕМ study of martensitic transformation in ion implanted 17/7 stainless steel/ Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1987. Vol.B 19/20. P. 171-176.

69. Sugden S., Sofield C.J., Murrell M.P. Mev ion enhanced adhesion in the gold on tantalum system/ Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1989. Vol.B44. P. 137-140.

70. Stelmack L.A., Thurman C.T., Thompson G.R. Review of ion-assisted deposition/ Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1989. V.B37/38. P.787-793.

71. Rossnagel S.M., Cuomo J.J. Film modification by low energy ion bombardment during deposition/ Thin Solid Films. 1989. Vol.171. P. 143-156.

72. Hentzell H.T.G., Harper J.M.E., Cuomo J.J. Synthesis of compound thin films by dual ion beam deposition/ J. Appl. Phys. 1985. Vol.58. P.556-563.

73. Parmigiani F., Kay E., Huang T.C. et al. Optical and electrical properties of thin silver films grown under ion bombardment/ Phys.Rev.B. 1986. Vol.33 .P.879-888.

74. Hirsh E.H., Varga I.K. Thin film annealing by ion bombardment/ Thin Solid Films. 1980. Vol.69. P.99-105.

75. Brighton D.R., Hubler G.K. Binary collision cascade prediction of critical arrival ratio in the production of thin films with reduced intrinsic stresses/ Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1987. Vol.B28. P.527-533.

76. Wolf G.K. Modification of chemical surface properties by ion beam assisted deposition/Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. 1990. Vol.B46. P.369-378.

77. Liu B.X., Zhou X., Li H.-D. Thermodynamics and growth kinetical consideration of metal-nitride formation by nitrogen implantation/ Phys. Stat. Sol. (a). 1989. Vol.113. P. 11-22.

78. Арутюнян Р.В., Баранов В.Ю., Большов Л.А. и др. Легирование поверхности твердых тел из плазмы лазерного пробоя в жидкости/ Поверхность. 1984. №4. С.149-151.

79. Анисимов С.И., Имас Я.А., Романов Г.С., Ходыко Ю.В. Действие излучения большой мощности на металлы./М.Наука. 1970. 272 с.

80. Jain А.К., Kulkarni V.N., Nambiar К.В. et al. Pulsed laser treatment of lead films on aluminum/Radiation Effects. 1982. Vol.63. P.175-181.

81. Draper C.W., Meyer L.S., Buene L. et al. Laser surface alloying gold films on nickel/ Application of Surface Science. 1981. Vol.7. P.276-280.

82. Draper C.W., Braeder F.J. A., Jacobson D.C. et al. Studies of laser-alloyed Zr-containing surface layers/ in: Laser and el.-beam interaction with solids // North-Holland. 1982. P.419-422.

83. Wang Z.L., Westendorp J.F.M., Saris F. W. Laser and ion-beam mixing of Cu-Au-Cu and Cu-W-Cu thin films/ Nucl. Instr. Meth. 1983. Vol.209/210 .P. 115-124.

84. Sood D.K. Metastable surface alloys produced by ion implantation, laser and electron beam treatment/Radiation Effects. 1982. Vol.63. P. 141-167.

85. Brouder F.J.A., Vandenberg J.M., Draper C.W. Microstructures of Cu-Zr phases formed by laser surface treatment/ Thin Solid Films. 1984. Vol. 111. P.43-51.

86. Самохин А.А., Успенский А.Б. Испарение вещества под действием лазерного излучения/ ФХОМ. 1981. №3. С.3-11.

87. Анисимов С.И., Гальбурт В.А., Иванов М.Ф. и др. К теории взаимодействия лазерного излучения с металлами/ЖТФ. 1979. Т.49. .№3. С.512-518.

88. Судьенков Ю.В., Филипов Н.М., Воробьев Б.Ф., Недбай А.И. Исследование механизмов взаимодействия наносекундного лазерного излучения с металлами/Писма в ЖТФ. 1983. Т.9. .№7. С.395-399.

89. Батанов В.А., Бункин Ф.В., Прохоров A.M., Федоров В.Б. Испарение металлических мишеней мощным оптическим излучением /ЖЭТФ. 1972. Т.63. Вып.2(8).С.586-608.

90. Kambli U., Allmen М., Saunders N. et al. A comparison of glass forming ability in Ag-Si and Au-Si alloys/ Appl.Phys.A. 1985. No.36. P.189-192.

91. Affolter K., Allmen M. Glass-forming ability in laser quenched transitional metal alloyes/Appl.Phys.A. 1984. No.33. P.93-96.

92. Зенкевич A.B., Неволин B.H., .Хабелашвили И.Д. Физические особенности импульсного лазерного осаждения металлов/ Известия вузов. Электроника. 1997. №2. С.3-24.

93. Voevodin А.А., Laube S.J.P., Walks S.D. et al. Pulsed laser deposition of diamond-like amorphous carbon films from graphite and polycarbonate targets/ J.Appl.Phys. 1995. Vol.78(6). P.4123-4130.

94. Horwitz J.S., Grabowski K.S., Chrisey D.B., Leuchtner R.E. In situ deposition of epitaxial PbZrxTi(i.X)03 thin films by pulsed laser deposition/ Appl. Phys. Lett. 1991. Vol.59(13). P.1565-1567.

95. Itina Т.Е., Marine W., Autric M. Monte Carlo simulation of pulsed laser ablation from two-component target into diluted ambient gas/ J. Appl. Phys. 1997. Vol. 82(7). P.3536-3542.

96. Lichtenwalner D.J., Auciello O., Dat R., Kingon A.I. Investigation of ablated flux characteristics during pulsed laser ablation deposition of multicomponent oxides/ J.Appl.Phys. 1993. Vol.74(12). P.7497-7505.

97. Scheibe H.-J., Gorbunov A.A., Baranova G.K. et al. Thin film deposition by eximer laser evaporation/ Thin Solid Films. 1990. Vol.189. P.283-291.

98. Anan in O.B., Bykovskii Yu.A., Eremin Yu.V. et al. Interaction of one and two lobes of laser-produced plasma with rarefied gas/ Laser Physics. 1992. Vol.2. No.5. P.711-721.

99. Kools J.C.S., Brongersma S.H., van de Riet E., Dieleman J. Concentration and velocity distribution of positive ions in laser ablation of copper/ Appl.Phys. 1991. Vol.B53. P.125-130.

100. Rajiv K. Singh, Narayan J. Pulsed-laser evaporation technique for deposition of thin films: Physical and theoretical model/ Physical Review B. 1990. Vol.41. №13. P.8843-8847.

101. Watanabe Y., Seo Y., Tanamura M. et al. Compositional distribution of laser-deposited films and rapid sequential pulsed laser deposition/ J.Appl.Phys. 1995. Vol.78(8). P.5126-5135.

102. Румак H.B., Хатько B.B. Диэлектрические пленки в твердотельной микроэлектронике/ Минск. Наука и техника. 1990. 191с.

103. Inoue К., Nakatani Y., Okuyama М., Hamakawa Y. Growth of Si02 thin film by double-excitation photoinduced CVD incorporated with microwave excitation of oxigen/J. Appl. Phys. 1988. Vol.64(ll). P.6496-6501.

104. Licoppe C., Debauche C. Surface-sensitive multiple internal reflection spectroscopy as a tool to study surface mechanisms in CVD/ Appl. Surf. Sci. 1993.Vol.63.P. 115-118.

105. Vig J.R. UV/ozone cleaning of surfaces/ J. Vac. Sci. Technol. 1985. Vol.A3(3). P. 1027-1034.

106. Валиев K.A., Беликов JI.B., Душенков С.Д., Иванова М.И. Удаление тонких слоев органических веществ с поверхности неорганической подложки коротковолновым УФ-излучением/Поверхность. 1989. №4. С. 114-119.

107. Debauche С., Licoppe С., Meriadec С. et al. UV annealing of low temperature photodeposited Si02 films with a new powerful lamp source/ Appl. Surf. Sci. 1992. Vol.54. P.435-439.

108. Parada E.G., Gonzalez P., Serra J. et al. Improvement of Si02 film properties by ultraviolet eximer lamp annealing/Appl. Surf. Sci. 1995. Vol.86. P.294-298.

109. Toyada K., Taguchi Т., Photochemical deposition of Si and SiC films using ArF eximer laser/Proceedings TENCON'87/ 1987 JEEE// 1987. Vol.3. P. 1247-1251.

110. Tanaka Т., Deguchi K., Miyazaki S., Hirose M. Selective growth of polycrystalline silicone by laser -induced cryogenic CVD/ Jap. Jour, of Appl. Phys. 1988. Vol.27. P.L2149-L2151.

111. Хансен M., Андерко К. Структуры двойных сплавов. М.1961.

112. Вудраф Д., Делчер Т. Современные методы исследования поверхности/ М.: Мир. 1989.

113. Усманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев JI.H. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия/М.: Металлургия. 1982.

114. Бабикова Ю.Ф., Грузин П.Л., Петрикин Ю.В. Электронная ЯГР-спектроскопия/М.:МИФИ.1985. 79 с.

115. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок/ М.: Мир. 1989. 344 с.

116. Lindgreen R.J.Th., Boerma D.O., De Hosson J.Th.M./ Radiation Effects. 1983. Vol.71. P.239-314.

117. Pathak A.P. The effects of defects on charged particle propagation in crystalline solides/Radiation Effects. 1982. Vol.61. P. 1-46.

118. Chu W.K., Mayer J.W., Nicolet M.A. Backscattering spectrometry/ N.Y.: Academic Press. 1978.

119. Goranchev В., Schmidt K., Reichelt K. Compressive stress of thin cubic BN films prepared by r.f. reactive sputtering on r.f.-biased substrats / Thin Solid Films. 1987. Vol.149. P.L77-L88.

120. Савицкая Б., Савицкий Дж. Мессбауэровская спектроскопия/ Сб.статей. Пер. с англ. Под ред. Гольданского В.И., Кузьмина Р.Н.// М.: Мир. 1984.

121. Street R., Window В. Nuclear Zeeman effect of 119Sn dissolved in chromium/ Proc. Phys. Soc. 1966. Vol.89. P.587-594.

122. Andreasen H., Dengaard S., Petersen J.W., Weyer G. Isomer shift and force constant of substitutional 119Sn impurity atoms in FCC metals/ J. Phys. F.: Metal. Phys. 1983. Vol.13. P.2077-2088.

123. Hall I.W. The in situ annealing of self-ion implanted molibdenum/ Radiation Effects. 1982. Vol. 61. P.165-173.

124. Dianisio P.H., Barros B.A.S., Baumval I.J.R. Metallic phases formed during tinimplantation in iron and steels/ J. Appl. Phys. 1984. Vol.55(2). P.4219-4224.

125. Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д./ Тез. докл. I Всес. конф. «Модификация свойств констр. материалов пучками заряженных частиц»// Томск : ТПИ. 1988. Часть III. С. 120-122.

126. Dearnaley G. Ion implantation in metals/ Mater. Sci. Engineering. 1985. Vol.69. P.139-147.

127. Салли А., Брэндз Э. Хром./М.: Металлургия. 1971. 358 с.

128. Jain А.К., Kulkarni V.N., Sood D.K. Pulsed laser heating calculations incorporating vaporization/Appl. Phys. 1981. Vol.25. P. 127-133.

129. Fairand B.P., Clauer A.Y. Laser generation of high-amplitude stress waves in materials/J. Appl. Phys. 1979. Vol.50(3). P. 1497-1502.

130. Абдуллаев Г.Б., Джафаров Т.Д. Атомная диффузия в полупроводниковых структурах/М.: Атомиздат. 1980. 280 с.

131. Таблицы физических величин/ Справочник. М.: Атомиздат. 1976.

132. Reichelt К., Mair G. Reactive ion sputtering deposition of MoSxthin films/ J. Appl. Phys. 1978. Vol.49(3). P.1245-1247.

133. Даниель М.И. Процессы столкновения в ионизованных газах / М.: Энергоатомиздат. 1967. 342 с.

134. Buck V. Structure and properties of sputtered MoS2 films/ Thin Solid Films. 1991. Vol.198. P.157-161.

135. Lince R.J., Stewart T.B., Hills M.M. et al. Chemical effects of Ne+ bombardment on the MoS2 (0001) surface studied by high resolution XPS/ Surface Science.1989. Vol.210. P.387-405.

136. Mclnture N.S., Spevack P.A., Beamson G., Briggs D. Effect of Ar ion bombardment on basal plane and poly crystalline MoS2/ Surface Science Letters.1990. Vol.237. P.L390-L397.

137. Seitzman L.E., Bolster R.N., Singer I.L. Effects of temperature and ion-to-atom ratio on the orientation of IBAD MoS2 coatings/ Thin Solid Films. 1995.Vol.260. P.143-147.

138. Белый A.B. Структурные изменения в покрытиях нитрида титана, подвергнутых ионной бомбардировке/Поверхность. 1989. №10. С. 128-133.

139. Tsai Н., Body D.B. Characterization of diamondlike carbon films and their application as overcoats on thin-film media for magnetic recording/ J. Vac. Sci. Technol. 1987. Vol.A5(6). P.3287-3313.

140. Davanloo F., Juengerman E.M. Jander D.R. et al. Amorphic diamond films produced by a laser plasma source/ J. Appl. Phys. 1990. Vol.67(4). P.2081-2087.

141. Gavrilenko V.I., Frolov S.I. et al. Structure models of carbon films/ Thin Solid Films. 1990. Vol.190. P.255-259.

142. Malshe A.P., Kaneltkav S.M., Ogaie S.B. et al. Pulsed laser deposition of diamondlike hydrogenated amorphous carbon films/ J. Appl. Phys. 1990. Vol.68. P.5648-5653.

143. Beeman D., Silverman J. Linds R. et al./ Phys. Rev. 1984. Vol.B30. P.870-877.

144. Вол A.E., Каган И.И. Строение и свойства двойных металлических систем/ М.Наука.1976.

145. Немошкаленко В.В., Дехтяр И.Я., Нищенко М.М. и др. Образование аморфной фазы в поверхностном слое системы Fe-Та/ Металлофизика. 1984. Т.6. №6. С.104-105.

146. Sing О.Р., Gupta U.P. Electronic properties of iron chalcogenides/Phys. Stat. Sol. 1986. Vol.l35B. P.249-252.

147. Joshee R., Phase D.M., Ghaisas S.V. et al. Conversion electron Mossbauer spectroscopy of ion-beam mixing at Fe-Mo interface/ J. Appl. Phys. 1986. Vol.59(2). P.388-394.

148. Люпис К. Химическая термодинамика материалов: Пер. с англ. / М.: Металлургия. 1989. 503 с.

149. Zabinski J.S., George Т., Tatarchuk В. Interfacial analysis of tribological system containing MoS2 and iron using XPS and CEMS/ Thin Solid Films. 1989. Vol.181. P.485-495.

150. Химико-термическая обработка металлов и сплавов/ Справочник. Ред. Ляхович Л. С.// М. Металлургия. 1981.424с.

151. Phase diagrams for ceramics/ Margiek Resser Editor//USA.Ohio. 1969.- 297

152. Shirafuji T., Tachibane K. Photo-exited removal of native oxide on silicon wafer inNF3 gas using a VUV Xe lamp/Appl. Surf. Sci. 1994. Vol.79. P.117-121.

153. Kazor A., Jeynes C., Boyd I.W. Fluorine enhanced oxidation of silicon at low temperatures/Appl. Phys. Lett. 1994. Vol.65(2). P. 1572-1574.

154. Morita M., Kubo T., Hirose M. Fluorine-enhanced thermal oxidation of silicon at the presence of NF3/Appl. Phys. Lett. 1984. Vol.45(12). P.1312-1314.

155. Takahagi T., Nagai I., Ishitani A. et al./ J. Appl. Phys. 1988.Vol.64(7).P.3516-3520.

156. Yokazama S., Yamakage Y., Hirose M. Laser-induced photochemical etching of Si02 studied by XPS/ Appl. Phys. Lett. 1985. Vol.47.P.389-391.

157. Ashokan R., Singh R., Gopal V., Anandan M. Structural characterization of photochemically grown Si02 films/J. Appl. Phys. 1993. Vol.73. P.3943-3950.

158. Rieger D., Bachmann F., ArF laser induced CVD of Si02 films: a search for the best suitable precursors/Appl. Surf. Sci. 1992. Vol.54.P.99-107.

159. Kinashi K., Niwano M., Miyamoto N., Honma K. UV-assisted deposition of TEOS Si02 films using the spin-coating method/ Appl. Surf. Sci. 1994. Vol.79/80. P.332-337.

160. Elliq M., Fogarassy E., Fuchs C. et al. One-step growth of polycrystalline silicon films at low temperature by ArF eximer laser-induced photo-CVD/ Appl. Surf. Sci. 1992. Vol.54.P.35-40.