1. Литературный обзор

1.1. Эффект дальнодействия при ионном и фотонном облучении

Под эффектом дальнодействия ( ЭД ) первоначально подразумевалось аномально глубокое проникновение зоны влияния ионного облучения на структуру и свойства твердых тел [6-8]. Позднее выяснилось, что похожая аномалия наблюдается и при других видах облучения (например, электронными пучками [9] или плазмой [10]), а также при иных способах обработки поверхности (химическом травлении [11], механической шлифовке или полировке [12,13], ультразвуковой очистке [14] и др). Поэтому эффектом дальнодействия стали называть необычно далекое распространение зоны измененных свойств твердых тел при различных обработках поверхности.

Впервые [15] сообщалось об аномальном глубоком проникновении зоны изменения параметра решетки и времени жизни неосновных носителей заряда при относительно малой интенсивном ионном облучении кремния. В дальнейшем это явление было изучено более подробно при помощи прецизионных рентгенодифракционных методов и измерения микротвердости Н [16-20]. ЭД в полупроводниках наблюдался и другими группами исследователей [21,22]. Наиболее яркое проявление эффекта состоит в изменении свойств образца со стороны, противоположной облучаемой. Этот вид ЭД был детально изучен для случая ионного облучения металлических фольг и назван малодозным ЭД [23].

Было предложено качественное объяснение ЭД, заключающееся в генерации упругих, или акустических ( в общем случае – деформационных ), волн и трансформации системы протяженных дефектов твердых тел под действием этих волн [24]. Предполагалось, что акустические волны ( АВ) генерируются в каскадах атомных смещений [20]. Однако позднее выяснилось [9], что похожие закономерности имеют место и при облучении электронами с энергией, недостаточной для смещения атомов. Это стимулировало постановку экспериментов по ЭД с применением еще более «мягких» лучей – световых. И действительно, оказалось, что при определенных условиях облучение светом вызывает изменения микротвердости на обратной стороне металлических фольг [25] и пластинок кремния [26].

ЭД при облучении светом был наиболее подробно исследован методом микротвердости. В результате были установлены следующие основные закономерности.

Необходимым условием существования ЭД при облучении светом является наличие естественного оксида ( ЕО) на облучаемой стороне образца (наличие или отсутствие ЕО на обратной стороне не оказывает существенного влияния).

Изменения Н при облучении нефильтрованным светом лампы накаливания происходит только с обратной стороны образца. Однако, исключение из спектра коротковолновой части приводит к тому, что величина Н изменяется с обеих сторон. Отсутствие изменения Н с облучаемой стороны было названо полярностью или блокировкой ЭД.

Величина ∆Н/Н немонотонно зависит от дозы (длительности) облучения – стремясь к нулю при больших дозах; следовательно, существует «окно» доз, при которых в материале происходят структурные изменения.

При облучении светом значения ∆Н/Н релаксируют после засветки, как правило, приближаясь к нулю в течение нескольких десятков минут (при комнатной температуры среды); процесс релаксации ускоряется экспоненциально с ростом температуры.

Кроме, облучения одиночных образцов, проводились облучения «стопок», состоящих из наложенных друг на друга образцов. При облучении стопок из двух образцов (например, Al/Al, Si/Si, Al/Si, Si/Al) изменения Н обнаруживаются не только для верхнего, но и для нижнего образца (на его нижней стороне), причем в ряде случаев изменения для него даже сильнее, чем в случае облучения одиночного образца. (Предполагается, что свет падает на стопку сверху). Важную информацию дали исследования по облучению стопок, состоящих из образцов Аl и Si [27,28].

Установленные закономерности позволили предположить, что причиной изменений свойств при облучении светом является генерация акустических (гиперзвуковых) волн, действующих на систему протяженных дефектов. Эти волны возникают вследствие процессов, связанных с наличием на облучаемой поверхности слоя ЕО, поскольку для образцов с удаленным ЕО эффект не имеет места.