книги2 / 59

А.А. СУШКОВ *,1, А.И. АНДРИАНОВ 1, Д.А. ПАВЛОВ 1, Н.В. БАЙДУСЬ 1, Д.В. ЮРАСОВ 2, Р.Н. КРЮКОВ 1

1 Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 2 Институт физики микроструктур РАН,

e-mail: sushkovartem@gmail.com

ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕТЕРОСТРУКТУР GaAs/Ge, ВЫРАЩЕННЫХ

НА РАДИАЦИОННО СТОЙКИХ ПОДЛОЖКАХ «КРЕМНИЙ-НА-ИЗОЛЯТОРЕ»

Подложка «кремний-на-изоляторе» (КНИ) обладает уникальными электроизолирующими, волноводными свойствами и радиационной стойкостью. Благодаря этому она привлекла свое внимание для создания новой технологической платформы радиофотоники, в которой на одной подложке могут быть интегрированы элементы фотоники и КМОП электроники [1]. Учитывая радиационную стойкость подложки КНИ, такая платформа может быть использована в электронных системах управления ядерной энергетикой, в авиакосмической и военной промышленностях. Для развития этого направления необходимо решить ряд проблем, в частности, проблему формирования эпитаксиальными методами на подложке «кремний-на-изоляторе» слоя GaAs высокого кристаллического качества. Недавние исследования продемонстрировали, что технология роста GaAs на кремнии через буферный слой Ge представляется актуальной как для уменьшения толщины буферных слоев [2], так и для уменьшения плотности прорастающих дислокаций [3]. Однако при гетероэпитаксии на платформе с буферным слоем Ge требуется поиск и развитие промышленноориентированных подходов для подавления антифазных дефектов в слое

GaAs.

Сформированы две гетероструктуры AIIIBV (образцы А и В) на основе GaAs на одинаковых платформах Ge/Si/КНИ (001) методом МОСгидридной эпитаксии. Платформы Ge/Si/КНИ (001) созданы по методике, описанной в статье [4]. Основные отличительные особенности процессов роста AIIIBV заключаются в следующем. В образце B по сравнению с образцом A использовались высокие скорости роста буферных слоев AIIIBV при сохранении отношения потоков V/III, а также присутствовала выдержка при высокой температуре во время термоциклического отжига буферных слоев AIIIBV.

При исследовании поперечного среза образцов А и В методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) на оборудовании JEOL JEM2100F (200 кВ) обнаружено, что параметры роста буферных слоев АIIIВV – отношение потоков V/III=80, температура роста 690 °С – способствуют

181

аннигиляции основной плотности антифазных границ в пределах их толщины. При этом, чем ниже скорость роста буферных слоев AIIIBV, тем при меньшей толщине происходит аннигиляция.

Исследование образцов А и В комплексом методов: ПЭМ, атомносиловая микроскопия и in-situ измерения отражательной способности — позволило установить следующее. Отжиг при температуре ≈725 °С во время паузы после роста буферных слоев AIIIBV с общим временем ≈30 мин способствует уменьшению плотности антифазных границ, а также модификации поверхности таким образом, что вклад в дальнейший рост от наиболее благоприятного для заращивания антифазных доменов ступенчатого режима роста (Step flow growth) становится преобладающим над 2D-островковым (2D-nucleation growth). Все это приводит к выравниванию фронта роста и, как следствие, к уменьшению среднеквадратичной шероховатости поверхности готовой гетероструктуры.

Представленные результаты являются научным заделом для дальнейшего развития методов уменьшения плотности антифазных дефектов, внедренных в процесс роста слоев AIIIBV на платформе Ge/Si/КНИ (001), в двух направлениях: увеличение эффективности и уменьшение толщины буферных слоев.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-32-90229. Исследование поддержано стипендией Президента РФ (СП-1790.2022.5)

1.W.-Q. Wei, A. He, B. Yang, Z.-H. Wang, J.-Z. Huang, D. Han, M. Ming, X. Guo, Y. Su, J.-J. Zhang, T. Wang. Monolithic integration of embedded III-V lasers on SOI, Light Sci. Appl., 12 (2023) 84, DOI: 10.1038/s41377-023-01128-z.

2.J. Yang, Z. Liu, P. Jurczak, M. Tang, K. Li, Sh. Pan, A. Sanchez, R. Beanland,

J. Zhang, H. Wang, F. Liu, Zh. Li, S. Shutts, P. Smowton, S. Chen, A. Seeds, H. Liu. All-MBE grown InAs/GaAs quantum dot lasers with thin Ge buffer layer on Si substrates, J. Phys. D: Appl. Phys., 54 (2021) 035103, DOI: 10.1088/13616463/abbb49.

3.B. Wang, G. J. Syaranamual, K. H. Lee, S. Bao, Y. Wang, K. E. K. Lee, E. A. Fitzgerald, S. J. Pennycook, S. Gradecak, J. Michel. Effectiveness of InGaAs/GaAs superlattice dislocation filter layers epitaxially grown on 200 mm Si wafers with and without Ge buffers, Semicond. Sci. Technol., 35 (2020) 095036, DOI: 10.1088/1361-6641/ab9a16.

4.A. A. Sushkov, D. A. Pavlov, A. I. Andrianov, V. G. Shengurov, S. A. Denisov, V. Yu. Chalkov, R. N. Kriukov, N. V. Baidus, D. V. Yurasov, A. V. Rykov. Comparison of III–V Heterostructures Grown on Ge/Si, Ge/SOI, and GaAs, Semiconductors, 56 (2022) 122-133, DOI: 10.1134/S1063782622010171.

182

Я.В. УЛЬЯНОВ1,2, Е.Д. ТАРАКАНОВ1,2, А.В. РУДЫЙ1,3

1 Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»,

2ФКП “Государственный лазерный полигон «Радуга»”, 3 ФГБУН “Физический институт им.П.Н. Лебедева Российской академии наук”

e-mail: egortarakanoff@yandex.ru

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГЕНЕРАЦИИ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ КЕРАМИКИ

ND:YAG

Исследование генерационных характеристик образцов активных элементов на основе лазерной керамики Nd:YAG производства федерального казённого предприятия «Государственный лазерный полигона «Радуга» проводилось в схеме с продольной накачкой, обеспечивающей оптимальное согласование основной моды резонатора с пучком диодной накачки. При этом использовалась полуконфокальная конфигурация резонатора. Для накачки активного элемента использовался лазерный диод фирмы: FocusLight с выходной мощностью до 10 Вт с длиной волны излучения около 808 нм, Температура лазерного диода термостатирова-лась так, чтобы излучение накачки попадало в интенсивную полосу поглощения иона неодима на длине волны 808,5 нм. Накачка активного элемента осуществлялась в режиме QCW для уменьшения тепловых эффектов в активном элементе. Измерение мощности излучения накачки осуществлялось калориметрическим измерителем мощности лазерного излучения фирмы

Gentec.

Рис.1. – Оптическая схема резонатора лазера с элементами диодной накачки.

При измерениях эффективности преобразования излучения накачки в излучение лазера с активным элементом на основе лазерной керамики измерялась поглощенная в активном элементе мощность накачки и мощность излучения лазера с исследуемым образцом активного элемента.

183

Эффективность генерации определялась как отношение величины выходной мощности излучения от величины поглощенной мощности накачки. Образец керамики 1 производства федерального казённого предприятия «Государственный лазерный полигона «Радуга» не уступает образцу керамики на основе алюмоиттриевого граната, легированного ионами трёхвалентного неодима, фирмы Konoshima Chemical Со. Ltd. В то же время, образец 2 продемонстрировал заметно сниженную эффективность. Повидимому, это связано с недостаточно хорошим согласованием пучка накачки с диаметром основной моды на удлиненном образце 2 (7 мм) по сравнению с более коротким 1 (6 мм). Были также проведены измерения порогов генерации с предоставленными образцами активных элементов.

Таблица 1 – Результаты измерений порогов генерации

С точки зрения качества лазерной керамики производства федерального казённого предприятия «Государственный лазерный полигона «Радуга», характеризующего потери из-за рассеяния излучения генерации на остаточных порах в активном элементе, можно утверждать, что концентрация остаточных пор в керамическом активном элементе 1 меньше, нежели в эталонном образце керамики производства Konoshima Chemical Со. Ltd. Особенности работы активных элементов 2 и 3 связаны с ошибками, допущенными при проектировании указанных образцов. Этот вывод коррелирует и с измеренными порогами генерации образцов активных элементов.

1. В.В. Безотосный, В.В. Балашов, В.Д. Булаев, А.А. Каминский, А.Ю. Канаев, В.Б. Кравченко, А.В. Киселев, Ю.Л. Копылов, А.Л. Коромыслов, О.Н. Крохин, К.В. Лопухин, С.Л. Лысенко, М.А. Пан-ков, К.А. Полевов, Ю.М. Попов, Е.А. Чешев, И.М. Тупицын, “Генерационные характеристики новых лазерных керамик отечественного производства”, Квантовая электроника, 48:9 (2018),

802–806.

184

У.Е. ТУРОВЕЦ1*, А.А. ПОЗНЯК1, А.В. ГОГА1, У.М. КОЗАК1, А.Н. ПЛИГОВКА1

1Белорусский государственный университет информатики

ирадиоэлектроники (БГУИР)

e-mail: websulya@gmail.com

ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ CsPb(Br1-x Ix)3 ДЛЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИ Х ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК

Светодиоды на основе наночастиц перовскитов (НЧП) CsPb(Br1-xIx)3 привлекли большое внимание благодаря более высоким значениям яркости и внешней квантовой эффективности по сравнению с органическими светодиодами и светодиодами на квантовых точках [1]. Альтернативой им могут выступать тонкопленочные светоизлучающие электрохимические ячейки (СЭЯ) с НЧП в качестве активного слоя [2, 3]. Однако, в настоящее время существующие методы синтеза НПЧ отличаются высокой сложностью и низкой экономичностью.

В данной работе был предложен упрощенный и экономичный синтез НЧП CsPb(Br1-xIx)3 методом замены растворителя в атмосфере воздуха и при комнатной температуре, а также проведено исследование фотолюминесценции.

Методом замены растворителя получили 4 серии НЧП на основе реактивов: растворитель – диметилформамид (DMF), ПАВ – додециламин (DDA) и олеиновая кислота (ОА). Первая и третья серии представляли собой НЧП CsPbBr2I, а в качестве антирастворителя в первой серии использовали толуол (Tol), в третьей – этилацетат (EA). Вторая и четвертая серии представляли собой НЧП CsPbI3 и в качестве антирастворителя во второй серии использовали толуол (Tol), в четвертой – этилацетат (EA). На рис. 1 схематически показаны этапы синтеза НЧП методом замены растворителя. Регистрация спектров фотолюминесценции НЧП проводилась на лазерном спектральном измерительном комплексе на основе монохроматора спектрографа Solar TII MS 7504i при комнатной температуре. Длина волны возбуждения составляла 365 нм.

Рисунок 1 – Схематическое изображение процесса синтеза НЧП

На рис. 2 приведены спектры фотолюминесценции полученных НЧП.

185

В.П. ТЮТИН 1

1 Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», e-mail: vp.tyutin@gmail.com

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СПЛАВА Co75-Fe25

Несмотря на высокую стоимость кобальтовых сплавов, некоторые из них обладают комплексом физико-механических свойств, необходимым для изделий специальной техники [1]. Сплавы на основе кобальта являются перспективным материалом для применения в таких областях промышленности как электроника и электротехника. Ключевой тенденцией в области развития современного приборостроения является миниатюризация составляющих электронных компонентов. В частности, при производстве миниатюрных реле и датчиков, для обеспечения их стабильной работы при различных внешних условиях необходимы: герметичность, низкое электросопротивление токовводов при высокой токовой нагрузке, сохранение линейных размеров, стойкость к деформациям и вибрациям, к перепадам давления, температуры. Кроме того, высокий уровень вакуумной плотности обеспечивается подбором используемых материалов по согласованности значений температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) и качеством пайки. Создание высокооборотных и энергоэффективных силовых машин требует нового подхода к проектированию электродвигателей с учетом применения перспективных материалов, а значит и сочетания в этих материалах целого спектра физикомеханических свойств. Сплавы на основе кобальта обладают как высокими механическими, так и магнитными свойствами. Однако их применение в новых электродвигателях сопряжено с рядом технологических сложностей, для преодоления которых требуется оптимизация существующих составов и разработка новых сплавов с комплексом заданных свойств. Одним из таких сплавов может являться сплав состава Co75-Fe25, состоящий из α-твердого раствора железа в кобальте с присутствием небольшого количества γ-фазы [2].

Образцы для исследований изготавливались методом вакуумноиндукционной выплавки. Для повышения чистоты сплава применялось рафинирование редкоземельными металлами (РЗМ) для снижения содержания вредных примесей в теле зерна. Эффект влияния РЗМ на механические свойства, а также окисляемость сталей известен – для достижения видимого эффекта достаточно присутствия в сплаве всего 0,03 % церия [3]. Слитки были подвергнуты горячей и холодной прокатке и термообработкам при различных режимах, позволивших добиться значительного уровня магнитных свойств, по сравнению с ранее полученными результатами [4]

187

Для исследования широкого спектра физических и механических свойств указанного сплава были применены методы дифференциальной сканирующей калориметрии, дилатометрии, измерения удельного электрического сопротивления четырехконтактным методом, измерение магнитных свойств квазистатическим методом, исследование механических свойств методом частичной разгрузки [5].

В результате оптимизации состава, метода получения и обработки сплава состава Co75-Fe25 был получен комплекс свойств, наиболее удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к изделиям электроники и электротехники: низкое значение удельного электросопротивления (менее 0,1 мкОм·м), высокая магнитная индукция насыщения (выше 1,9 Тл), приемлемая коэрцитивная сила (около 250 А/м), стабильно низкий ТКЛР в интервале температур от 0 °C до +150 °C (от 10,10·10-6 К-1 до 10,39·10-6 К- 1), высокие предел текучести (около 390 МПа) и предел прочности (около

700МПа).

1.Couderchon G., Tiers J. F. Some aspects of magnetic properties of Ni-Fe and CoFe alloys //Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 1982. – V. 26. – №. 1-3.

– P. 196-214.

2.Magnetostriction of heavily deformed Fe–Co binary alloys prepared by forging and cold rolling/ Yamaura, S. I., Nakajima, T., Satoh, T. et al. //Materials Science and Engineering: B. – 2015. – V. 193. – P. 121-129.

3.Pan, F., Zhang, J., Chen, H. L. Effects of rare earth metals on steel microstructures // Materials. – 2016. – Т. 9. – № 6. – 417 p.

4.Magnetic properties of heat-treated Fe-Co alloys and their potential for vibration energy harvesting / Yamaura, S. I., Makino, S., Kimura, N. et al. //Transactions of the Materials Research Society of Japan. – 2017. – V. 42. – №. 5. – P. 127-133.

5.Lee J. S. et al. An instrumented indentation technique for estimating fracture toughness of ductile materials: A critical indentation energy model based on continuum damage mechanics //Acta materialia. – 2006. – Т. 54. – №. 4. – С. 1101-1109.

188

А.А.ХАЛЯВИНА1,2, А.В. КЛАУЗ1,3, С.В. РОГОЖКИН1,3, А.А. ХОМИЧ1,3, А.А. БОГАЧЁВ1,3, А.Г. ЗАЛУЖНЫЙ1,3

1 Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» Курчатовский комплекс теоретической и экспериментальной физики, Москва, Россия

2 Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Москва, Россия

3 НИЯУ «МИФИ», Москва, Россия e-mail: milestib@mail.ru

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО СТАРЕНИЯ НА НАНОСТРУКТУРУ ВЫСОКОХРОМИСТОЙ

ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННОЙ ОКСИДАМИ СТАЛИ

Дисперсно-упрочнённые оксидами (ДУО) стали, являются перспективными кандидатами для использования в активной зоне реакторов деления и синтеза нового поколения. К таким материалам предъявляется ряд требований, такие как высокая радиационная стойкость и стабильность механических свойств при температурах до 650 °C. Высокотемпературная стабильность в ДУО сталях обеспечивается за счет тугоплавких оксидных частиц, равномерно распределённых в матрице [1, 2]. Эксплуатационные факторы, такие как облучение и высокие температуры, могут приводить к изменению начальной микро- и нано-структуры материала [3], приводя к деградации эксплуатационных свойств.

В настоящей работе методом атомно-зондовой томографии [4] производилось исследование влияния температурного старения на наностуктуру ДУО стали KP-3 ODS. Исследуемые образцы были отожжены в вакууме (~5 10-5 торр) при температуре 650°C в течение 500 и 1000 часов. Методом атомно-зондовой томографии получено, что в образцах исследуемого материала, как в исходном состоянии, так и после старения, присутствует большое число кластеров, обогащённых Y, Cr, Ti, O, Al. Проведенное исследование позволило определить зависимости размеров и плотности кластеров от времени старения. Средний размер кластеров сохраняется в диапазоне 3 – 4 нм и составляет в исходном состоянии (3,2 ± 0,7) нм, при старении в течение 500 часов (4 ± 1) нм и в течение 1000 часов (3,6 ±

1,1) нм.

Наблюдается увеличение числа кластеров. В исходном состоянии объёмная плотность кластеров составила (4,5 ± 0,4) × 1023 м-3, после термиче-

ского воздействия в течение 500 часов (5,2 ± 0,3) × 1023 м-3 и в течение

1000 часов (5,6 ± 0,5) × 1023 м-3.

189

Анализ химического состава кластеров показал уменьшение концентрации Cr при старении в течение 500 часов и увеличение при старении в течение 1000 часов. Также наблюдается возрастание обогащения по Y, O и Al при увеличении времени старения. Химический состав матрицы изменился незначительно.

Исследование показало, что в стали KP-3 ODS наблюдается увеличение объёмной плотности кластеров в 1,25 раза при достижении максимального времени старения в 1000 часов в сравнении с исходным состоянием. При этом незначительные изменения в составе матрицы материала при увеличении числа кластеров, указывают на возможное разрушение более крупных фаз. Для изучения этих объектов и механизмов формирования новых кластеров, необходимо применение комплементарных методов исследования, таких как сканирующая и просвечивающая микроскопия.

1.B. Mouawad, X. Boulnat, D. Fabrègue, M. Perez, Y. de Carlan. Tailoring the microstructure and the mechanical properties of ultrafine grained high strength ferritic steels by powder metallurgy, Journal of Nuclear Materials, 465 (2015) 54-62, Doi: 10.1016/j.jnucmat.2015.05.053.

2.Xu S., Zhou Z., Jia H., Yao Z. // Steel research int. 2018. V. 90. P. 1800594. Doi:10.1002/srin.201800594.

3.Rogozhkin S. V., Klauz A. V., Bogachev A. A., Khomich A. A., Fedin P. A., Raznitsyn O. A. // Physics of Atomic Nuclei. 2022. V.85, No. 12.P. 1998. Doi: 10.1134/S1063778822120018

4.Michael K. Miller. Oak Ridge National Laboratory, P.O. Box 2008, Building 4500S, Mississippi 6136, Oak Ridge, Tennessee 37831-6136 "Atom probe tomography", Review of Scientific Instruments 78, 031101 (2007), Doi: 10.1063/1.2709758.

190