LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Плівки CsI(TI): структура, сцинтиляційні властивості, формування зображень

кристалографічних напрямків в плівці та підкладці. У результаті проведення похилих зйомок, було встановлено відповідність між похилими до площини (112) кристалографічними площинами (210) й (400) та площинами (210), похилими до площини (110) плівки (CsI), а також похилими до площини (100) площинами (210) підкладки (LiF). За отриманими даними було побудовано стереографічні проекції відбиттів від похилих кристалографічних площин (Рис .3).

Отримані рентгеноструктурні дані було покладено в основу запропонованих атомарних моделей границі розподілу "плівка - підкладка (відкол (100) монокристалу LiF)", які було побудовано за методом співпадаючих вузлів (Рис.4).


а) б)

Рис.3. Стереографічні проекції відбиттів від похилих кристалографічних площин плівки й підкладки, що було побудовано за даними похилих зйомок: а) - орієнтація плівки [110]; б) - орієнтація плівки [112]. Квадрати відповідають рефлексам від площин підкладки, а кола - рефлексам від площин плівки.

а) б)

Рис.4. Атомарні моделі границі розподілу "плівка - підкладка", побудовані за методом вузлів, які співпадають: а) - переважна орієнтація блоків шару [110], б) - переважна орієнтація блоків шару [112].


Як випливає з двох запропонованих моделей границі розподілу "плівка - підкладка" (Рис. 4), між плівкою та підкладкою існує дуже слабкий зв'язок. Такий висновок можна зробити з того, що в запропонованих моделях лише половина протилежно заряджених іонів плівки й підкладки перебувають в положенні друг проти друга, інша половина має однойменно заряджених сусідів. Отже, сили притягання й відштовхування на границі розподілу "плівка - підкладка" є урівноваженими.

Зважаючи на великі невідповідності параметрів ґраток плівки (CsI) та підкладки (LiF) (ДCsI/LiF = 11.59%), а також слабкий зв'язок між підкладкою і зростаючим шаром, можна припустити, що імовірним механізмом росту плівки є механізм Фольмера–Вебера. Виявлена строга відповідність між кристалографічними орієнтаціями в плівці та підкладці (Рис. 3) свідчить про те, що незважаючи на слабку взаємодію між плівкою та підкладкою орієнтуючого впливу підкладки є досить для завдання орієнтованого росту плівки.

Зростання блоків плівки CsI(Tl) у переважних напрямках [110] та [112] на підкладці монокристалу орієнтації (100) пояснюється тим, що з урахуванням слабкої взаємодії на міжфазній границі ріст плівки іонної сполуки здійснюється в напрямках електронейтральних кристалографічних площин з найменшими індексами Міллера, що знижує енергію системи. Для CsI(Tl) з кристалічною решіткою типу ОЦК такими площинами є (110) та (112).

Отже, у результаті вакуумної конденсації на відкол (100) монокристалів LiF і NaF при відповідних умовах, а саме, висока температура підкладки й малі швидкості осадження (менш ніж 10 Е/с), формуються монокристалічні блоки плівки в напрямках електронейтральних площин з найменшими індексами Міллера. Збільшення швидкості конденсації й зниження температури підкладки призводять до погіршення кристалічної досконалості блоків шару сцинтилятора CsI(Tl) та зміни кристалічної структури від монокристалічної до текстурованої або полікристалічної. Аналогічна залежність кристалічної структури від умов напилення встановлена й для шарів CsI(Tl), конденсованих на аморфну підкладку - скло, окрім монокристалічної структури шару, що не реалізується на неорієнтуючій підкладці.

Спираючись на основні положення моделі структурних зон, було надано інтерпретацію щодо формування стовпчастої морфології шарів CsI(Tl). Продемонстровано, що конденсація шарів CsI(Tl) за температур підкладки, що є більшими або дорівнюють 573К (у цьому випадку відношення Тпід/Тпл становить 0.64) та швидкостях напилення меншими ніж 10 Е/с, приводить до росту плівки й розвитку стовпчастої морфології в так званій зоні ІІ, яка характеризується значенням приведеної температури Тпід/Тпл < 0.4 – 0.7. Морфологія й кристалічна структура отриманих у таких режимах напилення шарів повністю задовольняють характеристикам і критеріям, що наводяться в літературі для росту в зоні II. Зокрема, це монокристалічна структура великих блоків плівки й збільшення поперечного розміру блоків з підвищенням приведеної температури.

Показано, що для матеріалу плівки (CsI(Tl)) має місце зміна температурних границь структурних зон зі зміною швидкості конденсації. Про це свідчить те, що шари CsI(Tl) отримані за температури підкладки 573К, яка відповідає приведеній температурі 0.64, та швидкостях напилення від 50 Е/с зростають у перехідній зоні Т (яка характеризується приведеною температурою Тпід/Тпл < 0.3 – 0.5), а не в зоні II, для якої приведена температура становить Тпід/Тпл < 0.4 – 0.7. Про те, що ріст плівки відбувається в зоні Т, свідчать зображення поперечного зрізу шарів, отриманих за таких режимів конденсації (Рис.5).


Рис. 5. Зображення поперечного зрізу шарів CsI(Tl), конденсованих на відкол (100) монокристалу LiF за температури підкладки 573К та швидкостях напилення 85 Е/с (а) та 61 Е/с (б).


Як показано на Рис. 5.б, морфологія шару CsI(Tl) складається в нижній частині з набору зерен малого розміру, поверх яких розташовуються V - образні колони. Така морфологія є досить характерною для шарів, які було вирощено у режимі перехідної зони Т. З Рис 5.а видно, що шар складається з колон, які мають нахил до нормалі поверхні підкладки. З літературних даних відомо, що такий нахил колоноподібних блоків визначається напрямком падіння молекулярного пучка. Під час росту плівки у температурному режимі зони Т за високих швидкостей конденсації початкові розміри зерен у напрямку границі розподілу "плівка - підкладка" задаються щільністю місць зародкоутворення. Подальше латеральне зростання зерен приводить до зіткнення й коалесценції кристалітів, які були утворені раніше, що спричиняє формування границь зерен і визначає в остаточному підсумку початкові характеристики морфології й кристалічної структури знов сформованої плівки. Рухливість конденсованих атомів на поверхні мала внаслідок великої щільності потоку атомів, що підводяться до зростаючої плівки, отже, колони, що утворюються, зберігають безладну орієнтацію, успадковану від зародків, а сам ріст відбувається відповідно до балістичної моделі конденсації. Отримана у таких умовах плівка складається з колон із низькою кристалічною досконалістю або навіть аморфних, які можуть мати кут нахилу, що описується тангенціальним законом, залежно від геометрії процесу конденсації.

Таким чином, шари CsI(Tl), що було отримано за температур підкладки більших або рівних 573К та швидкостях напилення менших ніж 10 Е/с, складаються з великих монокристалічних колон, які мають переважну орієнтацію в напрямках [110] і [112], що