Материалтану
Ионданбайтын энергия шығындары
жүктеу/скачать 5,17 Mb.
|
Ионданбайтын энергия шығындарыСерпімді шашырау мен ядролық реакциялар кезіндегі бөлшектердің энергия шығыны иондаушы емес шығындар деп аталады. Бомбаланған бөлшектердің сәулеленетін заттың кристалдық торының атомдарымен серпімді әрекеттесуі тордың соңғы түйіндерінің ығысуына әкелуі мүмкін. Мұндай ығыстырылған атомдар бастапқы сынған атомдар деп аталады. Кристалл торының торында тоқтаған сынған атом және тордан атом шығарылғаннан кейін торда пайда болған бос орын Френкель жұбы деп аталатын торлы ақау тудырады. Жартылай өткізгіш материалдар үшін атомға түйіннен ығысуы үшін берілуі керек шекті энергия Td 5-15 эВ аралығында болады. Атомды ығыстыру үшін түсетін ионның белгілі бір критикалық энергиядан үлкен энергиясы болуы керек, оның мәні келесі қатынаспен анықталады: мұндағы Mi-ионның массасы; M-зат атомының массасы. Электрондар үшін (релятивистік әсерлерді ескере отырып) ұқсас қатынас пайда болады: мұндағы c-жарық жылдамдығы; m0c2 = 0,51 МэВ-электронның қалған энергиясы. Кремний үшін (Td ~ 14 эВ) Ed мәні 106 эВ және протондар мен электрондар үшін 160 кэВ. Егер бастапқы сынған атомның энергиясы тордағы атомдардың байланыс энергиясынан үлкен болса, ол оның түйіндерінен басқа атомдарды қағып, ақаулардың каскадын жасай алады. Бастапқы сынған атомның жеткілікті жоғары энергиясымен каскадтағы ақаулардың саны үлкен болады және ақаулар кластері пайда болады. Жартылай өткізгіш материалдарды ~101-103 МэВ энергиясы бар протондармен сәулелендіргенде, бастапқы сынған атомдардың пайда болуы протондардың мақсатты атомдардың ядроларының электр өрісіндегі кулондық шашырауына және протонның атомының ядросымен жақындасқан жағдайда пайда болатын ядролық серпімді шашырауына байланысты болуы мүмкін. Кулон шашырауының қимасы ядролық серпімді шашырау қимасынан шамамен екі ретті болып келеді. Алайда, кулонның шашырауы кезінде бастапқы сынған атомдардың орташа энергиясы (Si үшін~210 эВ) серпімді ядролық шашырауға қарағанда едәуір аз (Si үшін 0,6-1,0 МэВ). Бұл соңғы жағдайда ақаулар каскадының пайда болуының алғышарттарын жасайды. Ядролық реакциялар, яғни ядролық серпімді емес өзара әрекеттесулер серпімді ядролық және кулондық шашырау процестерінде әдетте бастапқы сынған атомдардың энергиясынан асатын энергиямен қайтарым ядроларын тудырады. Мысалы, бомбалаушы протондардың ~103 МэВ энергиясында Si қайтару ядроларының орташа энергиясы шамамен 3,5 МэВ құрайды, нәтижесінде қайтару ядролары ығыстырылған атомдардың көп санын құрайды. Қарастырылған механизмдердің әрқайсысының ақаулардың пайда болуына қосқан үлесі суретте көрсетілген. 5.19. Жартылай өткізгіштерді энергиялары 1 МэВ-тан төмен электрондармен және фотондармен сәулелендіру, әдетте, тек қарапайым бастапқы ақаулардың пайда болуына әкеледі. Үлкен энергиялары бар электрондармен, сондай-ақ протондар мен нейтрондармен сәулелену кезінде атомдар ығысу аймағында ақаулар шоғыры пайда болады. Жеткілікті жоғары энергиясы бар ауыр зарядталған бөлшектер жол бойында көптеген екінші және үшінші реттік ығысқан атомдарды жасай алады, бұл орын ауыстырулардың жалпы санының едәуір бөлігін құрайды. Сур. 4.19. Кулондық (1), ядролық серпімді (2) және ядролық серпімді емес (3) өзара әрекеттесу есебінен әртүрлі энергиялары бар протондар түзетін ақаулардың орташа саны; 4-ақаулардың жиынтық саны Бастапқы сынған атомның ізі, бойындағы қозған аймақ 10-10 - 10-11с кезінде жоғары температураға дейін қызады, нәтижесінде пайда болған қыздырылған жергілікті аймақ жылу сыналары деп аталады. Кластерлер мен жылу сыналары ауыр зарядталған бөлшектер мен нейтрондардың заттарымен әрекеттесуге тән. Кристалдық тордағы радиациялық ақаулар тұрақты түзілімдер болып табылмайды, олар тор бойымен қозғалады, қарама-қарсы белгінің ақауларымен кездескен жағдайда рекомбинацияланады, мысалы, бос орын және ығысқан атом. Дәндердің орналасуы мен шекараларында радиациялық ақаулардың адсорбциясы жүреді. Радиациялық ақаулардың кейбір түрлері бір-бірімен біріктіріліп, күрделі ақаулар кешендерін құрайды. Қарапайым және одан да күрделі радиациялық ақаулардың кристалды торында пайда болуы заттың оптикалық, электрлік, механикалық қасиеттеріне әсер етеді. Жартылай өткізгіштердің негізгі емес тасымалдаушылардың өмір сүру уақыты және негізгі заряд тасымалдаушылардың концентрациясы сияқты маңызды параметрлері ақаулар санына байланысты, олар негізінен жартылай өткізгіш құрылғылардың жұмыс сипаттамаларын анықтайды. жүктеу/скачать 5,17 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|