Страница 4 из 5
Рис. 2.9. Пластина алмаза (111). Frame: 1,8 × 1,9 мкм2. Ra = 0,27 нм, Rq = 0,34 нм, Ry = 3,09 нм
В процессе отработки методики минимальной шероховатости поверхности в процессе подготовки серии пластин для эпитаксии мы столкнулись с проявлением необычных эффектов волнового воздействия на поверхности алмаза (рис. 2.9, 2.10).
Рис. 2.10. Пластина алмаза (111). Frame: 2,3 × 2,8 мкм2. Ra = 0,41 нм, Rq = 0,53 нм, Rmax = 4,77 нм
На одной из обработанных пластин (см. рис. 2.9) наблюдалось семейство параллельных полос, расположенных под углом друг к другу. Учитывая волновой характер воздействия и размерность применяемого абразива (10/7 мкм), предположение о царапинах поверхности зернами абразива маловероятно. Анализ изображения этих полос показывает, что контраст их изображения не связан с резким изменением морфологии поверхности. Природа проявления этого контраста пока не исследована.
Но наиболее пристальное наше внимание привлекла другая пластина, морфология поверхности которой приведена на рис. 2.10. В этом случае проявление на поверхности алмаза неких ярко выраженных «пупырышек» поставила в тупик наших теоретиков. А как быть в этом случае с кубической гранецентрированной структурой алмаза? А где же его кристаллофизическая анизотропия? На эти вопросы тогда не было ответа.
В то время мы не сильно задумались над проявлением этих «пупырышек». Наши теоретики выдвинули предположение, что поверхность алмаза просто плохо отмыли перед измерением. И этот недоказуемый факт был помещен в корзину сомнений. Мы тогда и представить не могли, что эти «пупырышки» с присущим им парадоксальным эффектом неожиданности и непредсказуемости, с каким-то яростным самоутверждением своей объективности через несколько лет опять ярко проявятся и в полную силу заставят задуматься о самой сути нашей волновой технологии.
Здесь хочу отметить следующее. Представляемые в этой книге результаты волнового воздействия на алмаз вошли в наш экспериментальный раздел ««Артефакты» технологии». В этом разделе собраны Зафиксированные результаты воздействия, которые проявились спонтанно. Они не были целью и задачей проводимых экспериментов. Совсем не обязательно, что каждое (обычное) волновое воздействие приводило к каким-то необычным эффектам. Как правило, поставленный эксперимент или целенаправленная работа по обработке алмаза давали ожидаемый результат и не вызывали сомнений или необъяснимых эффектов. Сказывался постоянно набираемый опыт работы с новым методом обработки. Но иногда…
Формирование когерентного волнового поля упругих деформаций в объеме алмаза, целенаправленное проявление взаимодействия волновых процессов довольно непростая и скрупулезная задача. Необходимо учитывать многие факторы, приводящие к достижению поставленной цели: от подготовки инструмента и оснастки до программного обеспечения и полярности настроения оператора. А кристаллы все разные и по форме, и по содержанию. Как все это учесть? Дело осложняется еще и тем, что в этом районе человеческих знаний еще никто не прогуливался. Посоветоваться-то не с кем. Поэтому и приходилось некоторые «артефакты» складывать в папочку в надежде когда-нибудь ее открыть. Вот, похоже, время для этого и пришло.
Одно из удивительных проявлений волнового воздействия на алмаз отразилось в формировании поверхностного слоя алмаза, который у нас получил название «шуба». Гораздо проще дать определение этому явлению, чем детально его объяснить.
«Шуба» – реакция поверхности алмаза на волновое возмущение.
Свойства динамической волновой среды в объеме алмаза, формирующейся при взаимодействии обрабатывающего инструмента с поверхностью кристалла, во многом зависят от волновых характеристик взаимодействующих бегущих волн, определяющих гармонические колебания его кристаллической структуры.
Вполне очевидно, что созданная динамическая волновая среда в объеме кристалла, в свою очередь, может влиять на процесс волнового воздействия, происходящий в области контакта поверхности алмаза и обрабатывающего инструмента. Процесс взаимный. В |2 | мы сделали предположение, что на инструменте все излучатели сферических волн (зерна абразива) абсолютно одинаковы [14]. В реальности соблюсти подобные требования весьма проблематично. Существует разброс зернистости абразива, неравномерность его распределения по поверхности инструмента и т. д. и т. п. Отсюда можно сделать предположение, что каждый применяемый инструмент, как функция возбуждения кристаллической среды, обладает своими определенными волновыми характеристиками при воздействии на алмаз. Наиболее эффективным выполнением условий когерентного возбуждения системы, на наш взгляд, является взаимодействие в области контакта основных гармоник волновых функций инструмента и динамической волновой среды алмаза, совпадающих по своим параметрам.
Рис. 2.11. Высокоразрешающее электронно-микроскопическое изображение границы раздела обработанной области поверхности с объемом алмаза (а), изображение после фильтрации (б)
Энергия волн, не участвующих эффективно в процессе когерентного возбуждения обрабатываемого алмаза, концентрируется в некой приповерхностной области при его контакте с инструментом. В процессе концентрации волновой энергии при воздействии инструмента на алмаз в этой области формируется некая разупорядоченная кристаллофизическая структура поверхности алмаза, которая идентифицируется электронной дифракцией как тонкое поликристаллическое образование, содержащие большое количество точечных дефектов. По нашим оценкам, в зависимости от алгоритмов воздействия толщина этого слоя может достигать ~1 мкм.
На рис. 2.11а приведено изображение поперечного среза (110) границы раздела поверхности кристалла, где область контакта, т. е. участок обработанной поверхности (на снимке более светлый, слева), сопрягается с объемной матрицей алмаза (на снимке справа). На рис. 2.116 изображение этого же участка после Фурье-филырации. С хорошим разрешением наблюдается система атомных плоскостей алмаза (110). Расстояние между плоскостями (110) ~ 1,26 Ä. Изображение получено методом высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии А. К. Гутаковским (Институт физики полупроводников СО АН РФ).
В данном случае может возникнуть ассоциация с неким нарушенным слоем, образующимся при обработке обычных полупроводниковых материалов [15]. Но это предположение не совсем корректно.
При проведении нашего процесса волнового воздействия на алмаз температура кристалла не превышает значений ~40 °C (в редких случаях и при специальных условиях ~60 °C). Этот факт является важным характерным свойством всей нашей технологии. Отсутствие условий образования микротрещин позволяет характеризовать процесс образования «шубы» как строго волновой. По нашим экспериментальным данным, подобная неравновесная система такого слоя полностью восстанавливается в монокрис-таллическое состояние матрицы алмаза при нагреве в сверхвысоком вакууме до температуры (?) ~ 850 "С. Это свойство «шубы» в корне отличает ее от существующих представлений о нарушенных слоях.
Проведенные исследования этого неравновесного образования позволяют сделать некоторые выводы, которые, на наш взгляд, могут быть весьма существенны при изучении волнового воздействия на кристаллы алмаза и роли волновых процессов, происходящих как на поверхности, так и в его объеме.
Первое.
Создание в процессе воздействия тонкого промежуточного слоя («шубы») позволяет не только влиять на возможность фильтрации спектров волнового возбуждения алмаза при обработке, тем самым повышая степень когерентности воздействия, но и высокоэффективно обрабатывать поверхность алмаза любой кристаллографической ориентации механическим способом, при этом формировать с высокой степенью полировки (~0,2 нм) не только плоские поверхности, но и поверхности, описываемые уравнениями второго порядка (сферические, конусообразные, параболические и т. д.).