ИСТИНА

Введение. При изготовлении элементной базы полупроводниковой техники, использующей планарные и аддитивные технологии необходимо иметь высококачественные монокристаллы с поверхностью, обладающей заданной шероховатостью и мало дефектным приповерхностным слоем. Приготовление поверхности таких монокристаллов традиционно включает операции шлифования, полирования, доводки, элементарным актом которых является контактное воздействие единичного зерна абразива на приповерхностный слой монокристальной заготовки. Такое воздействие приводит, как правило, к пластическому деформированию этого слоя и сопровождается насыщением его кристаллической решетки линейными и точечными дефектами. Толщина указанного слоя, концентрация в нем дефектов, а также распределение последних по глубине зависит от граничных условий в контакте абразива с поверхностью заготовки. К таким условиям относятся форма и размер абразивных зерен, характер и скорость их перемещения по обрабатываемой поверхности, усилие, приходящееся на единичное зерно и т.п. Данная работа посвящена изучению влияния некоторых из вышеперечисленных факторов на характеристики дислокационной структуры, возникающей при пластической микродеформации монокристаллов фторида лития – широко применяемого материала акустоэлектронной техники. В данной работе анализировали наиболее «мягкие» виды контактных взаимодействий, моделируемые процессами качения и вдавливания сферических инденторов в плоскую поверхность образцов. В обширной литературе, посвященной данному вопросу, отсутствует за редкими исключениями, сопоставительный анализ деформационных процессов, протекающих в приповерхностных слоях монокристаллов при качении и вдавливании таких инденторов. Цель данной работы – восполнить указанные пробелы. Образцы и методика. Образцами служили монокристаллические пластинки LiF с рабочей поверхностью {001}. Опыты по вдавливанию проводили на микротвердомере ПМТ-3. Инденторами служили изготовленные из стали ШХ-15 шары радиусом R = 0,5 мм, шероховатость их поверхности соответствовала 12 классу. Нагрузка на индентор варьировалась в диапазоне от 5 мН до 0.5 Н. Опыты по качению проводили с использованием того же прибора, снабженного специальной приставкой для реализации режима качения. Скорость качения варьировали в интервале 0.01 – 0.1 мм/сек. После проведения механических испытаний образцы подвергали избирательному травлению, выявлявшем на их рабочих поверхностях дислокационные микроструктуры, вокруг индивидуальных отпечатков и дорожек качения. Для выявления объемного расположения зон пластической деформации каждый образец раскалывали по плоскостям, перпендикулярным его рабочей поверхности и повторно травили в том же дислокационном травителе. Для количественного описания состояния пластически микродеформированного подповерхностного слоя образцов определяли линейные размеры характерных дислокационных зон, параметры дислокационных скоплений в них и местоположения особых точек, возникающих в этих зонах при указанных видах испытаний. Результаты и их обсуждение. Качение. Опыты показали, что при использованных в данной работе скоростях качения дислокационные характеристики пластически деформированной приконтактной зоны не зависят от этой скорости. Получена экспериментальная зависимость приведенного радиуса пластического контакта a/R, а также параметров дислокационной структуры указанной зоны от нагрузки на индентор F. Показано, что все характеристики {xi} дислокационной структуры качения возрастают с увеличением нагрузки F по степенному закону: F = {xi}n, с показателем n = 2.0 – 2.2. Определена критическая нагрузка Fcr, соответствующая переходу от чисто упругого к упруго-пластическому контакту: Fcr = 0.2 мH. Такой переход реализуется при (a/R)cr = 2∙10-3. Вдавливание. Как и в случае качения, зависимости характеристик дислокационной структуры вдавливания {уi} от нагрузки F подчиняются степенному закону: F = {уi}n. Однако значения показателя n для различных групп характеристик оказываются различными. Тем не менее, общая тенденция при этом такова, что с ростом нагрузки F величины показателя n для всех характеристик {уi} приближаются к значению n = 3, типичному для зависимости размеров контактной зоны в области упругого контакта. Анализ экспериментальных результатов показывает, что численные значения всех характеристик дислокационной структуры вдавливания, созданных при одной и той же нагрузке, по мере удаления плоскости раскола от центра отпечатка индентора монотонно убывают. Заключение. Таким образом, закономерности формирования и развития дислокационных структур качения и вдавливания наряду со сходными чертами обнаруживают существенные различия.