Цель проекта. 1. Изучить влияние импульсной имплантации ионами Зё-переходных металлов (Е=30 кэВ, D= 1,10Л17 см-2) на формирование структурных дефектов (дефектов типа замещения и внедрения в междоузлия) в тонкопленочных широкозонных полупроводниках In203, Sn02, GaN. С этой целью запланировано проведение экспериментальных исследований - рентгеновских абсорбционных, эмиссионных и фотоэлектронных спектров примесных атомов Зё-элементов на лабораторном рентгеновском фотоэлектронном спектрометре Versaprobe 5000 ULVAC Physical Electronics (USA) в УрФУ и с использованием оборудования на Канадском источнике синхротронного излучения (Spherical Grating Monochromator (SGM), REIXS beamlines at the Canadian Light Source). Полученные результаты будут сопоставлены со специально выполненными численными расчетами электронной структуры указанных разбавленных магнитных полупроводников для различных конфигураций структурных дефектов.2. Исследовать электронную структуру лазерных керамик на основе Nd:Y203 и Yb:Y203 допированных НЮ2, Zr02 и Се02. Особое внимание будет уделено анализу влияния условий приготовления указанных материалов (концентрации допантов, температуры и времени отжига) на оптические свойства на основе информации о составе поверхности, концентрации кислородных вакансий и локальной атомной и электронной структуры примесных атомов, полученной методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и численного моделирования электронной структуры в рамках теории функционала плотности.3. Изучение влияния условий приготовления BN покрытий реактивным магнетронным распылением бора в Ar/N2 смеси, ионизируемой электронным пучком, на формирование полиморфных модификаций нитрида бора и их прочностные свойства. С этой целью будет изучено влияние плотности тока ионов, поступающих на образцы из плазмы электронного пучка на электронную структуру и свойства покрытий. Для аттестации полученных покрытий будет использован метод рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии и сопоставление полученных результатов со спектрами различных структурных модификаций нитрида бора и теоретических зонных расчетов.
Актуальность. Одним из наиболее эффективных технологических способов улучшения свойств материалов является нанесение на рабочую поверхность изделий различных покрытий. Покрытие представляет собой поверхностный слой, характеризующийся конечной толщиной, химическим составом, структурно-фазовым состоянием и электронной структурой. Покрытия широко используются для повышения срока службы и улучшения функциональных свойств материалов и изделий. Наиболее широко покрытия используются для защиты материалов от износа и коррозии. Для нанесения покрытий используются используются различные способы: формирование оксидных слоев, электрохимическая обработка в различных растворах, химическая модификация поверхности, нанесение покрытий из коррозионно-устойчивых металлов и сплавов. Отличием ионно-плазменного метода нанесения покрытий является возможность формирования плотных и тонких покрытий (от одного монослоя до 10 мкм) с высокой прочностью соединения с основой. Метод обеспечивает получение многокомпонентных покрытий самого различного элементного и фазового состава (2П-наноструктур, металлов, нитридов, оксидов, карбидов) и структуры (аморфная, колончатая, равноосная, наноструктурная, нанокомпозитная). Вследствие этого ионно-плазменный метод создает возможности получения поверхностей с уникальными свойствами, которые могут радикально отличаться от свойств материала в объеме. В последнее время наиболее широкое развитие получили исследования, связанные с получением нанокомпозитных покрытий, в которых достигаются сверхтвердость (более 40 ГПа), низкий коэффициент трения (0,05), высокие значения износостойкости, термической стабильности (более 1200 оС) и окислительной стойкости, что представляет огромный интерес для повышения эффективности и срока службы инструмента и деталей машин. Однако практическая реализация методов получения нанокомпозитных покрытий наталкивается на определенные трудности, связанные с необходимостью оптимизации состава многокомпонентных покрытий для достижения максимального эффекта и разработкой высокопроизводительных методов равномерного нанесения покрытий на большие площади поверхности изделий. Наиболее широко при создании термически стабильных твердых износостойких покрытий используют нитриды переходных металлов. Оптимальные значения состава, структуры и толщины покрытий зависят не только от методов и условий нанесения, но определяются и условиями работы покрытия, в частности, для износостойких покрытий эти параметры зависят от выбора пар трения, скорости относительного движения, температуры и уровня нагрузки. Поэтому для конкретных применений требуется экспериментальный подбор состава и структуры покрытия, а также лабораторные измерения различных характеристик полученных материалов.
