Исследование влияния радиационного облучения на размер зерен и механические свойства тонкоплёночного алюминия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Впервые получена экспериментальная зависимость размера зерен и механических свойств материала тонкоплёночного алюминия от дозы коротковолнового излучения. Тонкая плёнка алюминия была сформирована на кремниевой подложке методом магнетронного напыления. Был выявлен эффект уменьшения механической прочности и двухосного модуля упругости при увеличении дозы радиационного облучения. Данный эффект объясняется уменьшением размера зерна и величины шероховатости на тонкоплёночной алюминиевой мембране. Для измеренного посредством микроскопа диапазона размера зерен алюминия используется обратное соотношение Холла–Петча. В ходе исследований было определено, что в процессе облучения увеличивается количество межзеренных границ и количества самих зерен, что ведет к возрастанию вероятности деформации.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. А. Дюжев

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”

Автор, ответственный за переписку.
Email: bubbledouble@mail.ru
Россия, Москва, Зеленоград

Е. Э. Гусев

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”

Email: bubbledouble@mail.ru
Россия, Москва, Зеленоград

Е. О. Портнова

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”

Email: bubbledouble@mail.ru
Россия, Москва, Зеленоград

М. А. Махиборода

Национальный исследовательский университет “МИЭТ”

Email: bubbledouble@mail.ru
Россия, Москва, Зеленоград

Список литературы

  1. Юдинцев В. Радиационно стойкие интегральные схемы. Надежность в космосе и на земле // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2007. № 5. стр. 72–77.
  2. Демин Г.Д., Ким П.П., Дюжев Н.А. Моделирование рабочих характеристик МЭМС элемента динамической маски с электромеханическим оптическим затвором для задач рентгеновской нанолитографии // Нанофизика и наноэлектроника. Труды XXVI Международного симпозиума. 2022. 643 c.
  3. Кузнецов Н.В. Сечение одиночных случайных сбоев СБИС при воздействии тяжелых заряженных частиц // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационного воздействия на радиоэлектронную аппаратуру. 2007. № 1–2. С. 52–55. https://henke.lbl.gov/ (дата обращения: 29.05.2023).
  4. Дюжев Н.А., Гусев Е.Э., Махиборода М.А. Исследование механических свойств тонкопленочных мембран из оксида и нитрида кремния // Известия РАН. Механика твердого тела. 2022. № 5 с. 103–113. https://doi.org/10.31857/S0572329922050063
  5. Mueller Sf M.G., Fornabaio M., Zagar G., Mortensen A. Microscopis strength of silicon partiсles in an aluminium-silicon alloy // Acta Materialia. 2016. V. 105. P. 165–175. http://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.12.006
  6. Lim Y.Y., Chaudhri M., Enomoto Yuji Accurate determination of the mechanical properties of thin aluminum films deposited on sapphire flats using nanoindentations // J. Mater. Res. 1999. V. 14. P. 2314–2327. https://doi.org/10.1557/JMR.1999.0308
  7. Nabbi R., Wolters J. Investigation of radiation damage in the aluminum structures of the German FRJ-2 research reactor // International Atomic Energy Agency (IAEA). 1998. https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/36/026/36026552.pdf
  8. Khan M. et al. A Study of the Structural and Surface Morphology and Photoluminescence of Ni-Doped AlN Thin Films Grown by Co-Sputtering // Nanomaterials. 2022, V. 12. № 21. P. 3919. https://doi.org/10.3390/nano12213919
  9. Quek S.S. et. al The inverse hall–petch relation in nanocrystalline metals: A discrete dislocation dynamics analysis // J. Mech. Phys. Solids. 2016. V.88. P. 252–266. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2015.12.012
  10. Козловский А.Л., Гладких Т.Ю., Здоровец М.В. Радиационные дефекты в нитриде алюминия при облучении низкоэнергетичными ионами С2+ // Химия высоких энергий. 2019. Т. 53. № 2. С. 135–139. https://doi.org/10.1134/S0023119319020098
  11. Seong-Hyun Hwang et al. Effects of Al2O3 surface passivation on the radiation hardness of IGTO thin films for thin-film transistor applications // Applied Surface Science. 2022. V. 578. P. 152096. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.152096
  12. Овчинников И.И. и др. Влияние радиационных сред на механические характеристики материалов и поведение конструкций (обзор) // Интернет-журнал “НАУКОВЕДЕНИЕ”. 2012. № 4.
  13. Кузнецов Н.В. Радиационная стойкость кремния: монография / Н.В. Кузнецов, Г.Г. Соловьев. М: Энергоатомиздат. 1989. 95 с.
  14. Лебедев А.А., Иванов А.М., Строкан Н.Б. Радиационная стойкость SiC и детекторы жестких излучений на его основе // Физика и техника полупроводников. 2004. Т. 38. № . 2. С. 129–150.
  15. Mohamad A.A., Farrokh K. Evaluation of the radiation damage effect on mechanical properties in Tehran research reactor (TRR) clad // Nucl. Eng. Technol. 2020. V. 52. № 12. P. 2975–2981. https://doi.org/10.1016/j.net.2020.05.028
  16. Waldemar A.M. Radiation Effects in Materials. InTech. 2016. 462p. https://doi.org/10.5772/61498

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Технологический маршрут

Скачать (80KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изображение изготовленных кристаллов

Скачать (158KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изображение мембраны на виде сбоку

Скачать (309KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость механической прочности от дозы облучения, где треугольником обозначены литературные данные, а ромбиками – данные, полученные в ходе проведения экспериментов для данной работы. По оси х – D – доза облучения, измеряемая в Мрад, по оси у – σ – механическая прочность, измеряемая в ГПа

Скачать (51KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость двухосного модуля упругости от дозы облучения, где треугольником обозначены литературные данные, а квадратами – данные, полученные в ходе проведения экспериментов для данной работы. По оси х – D – доза облучения, измеряемая в Мрад, по оси у – E/(1-μ) – двухосный модуль упругости, измеряемый в ГПа

Скачать (47KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Анализ размера зерен: a) – фотография с РЭМ; (b) – результат анализа для дозы 0 Мрад

Скачать (367KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость размера зерен и шероховатости от дозы облучения. По оси х – D – доза облучения, измеряемая в Мрад, по основной оси у – S – размер зерен, измеряемый в нанометрах по вспомогательной оси у – Ra – шероховатость поверхности, измеряемая в нанометрах

Скачать (58KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Изменение количества межзеренных границ: (a) – до облучения; (b) – после облучения

Скачать (64KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024