Оптичні властивості та електронна структура металевих систем на основі перехідних елементів

3. Показано, що додаткові смуги, які виявлено в бінарних сплавах Ni-Fe, Ni-Cr, Ni-Co, Fe-Cr та Fe-Co і які відсутні в чистих компонентах сплавів, пов'язані не з новими фазами, а з домішками. На основі оптичного експерименту визначено параметри домішкових зон: положення в енергетичному спектрі, півширину та форму. Ці параметри є відправними при теоретичних розрахунках електронного енергетичного спектра сплавів, а також можуть слугувати критерієм вірогідності результатів розрахунку енергетичного спектру сплавів. Запропоновано моделі електронного енергетичного спектру сплавів Ni-Fe, Ni-Cr, Ni-Co, який фактично є суперпозицією спектрів розчинника та домішок, які формують домішкові зони, розташовані вище рівня Фермі або які прилягають до нього. Така модель знайшла напівкількісне підтвердження при теоретичних розрахунках електронного спектру вказаних сплавів.

4. Оптичними методами виявлено, що дальнє впорядкування в сплавах Fe-Co призводить, у відповідності з теорією, до виникнення енергетичної щілини в їх електронному спектрі, яка складає 2.1-2.2 еВ, причому провал на кривій густини станів знаходиться нижче рівня Фермі. Оптичний метод є надзвичайно чутливим до структурних переходів “невпорядкований твердий розчин - надструктура”, “аморфний - кристалічний стан”. В аморфних сплавах на основі Ni чи Fe енергетичні зони зберігають характерні риси електронних спектрів Ni чи Fe, хоча відповідні зони більш розширені і дещо зміщені вниз відносно рівня Фермі.

5. Виявлено ефект різкого зниження коефіцієнта відбивання R паладієвих плівок внаслідок імплантації йонами аргону з енергіями _100 кеВ на відміну від титанових, нікелевих або вольфрамових плівок на піроелектрику (ніобаті літію), пов'язаний із виникненням на його поверхні “кратерів” із середнім діаметром порядка 1 мкм. У випадку імплантації йонів в інші перехідні метали їхня поверхня покрита в окремих місцях застиглими бульбашками того самого металу приблизно такого ж розміру, проте це не призводить до значних змін величини R в широкій області спектра.

6. В бінарних сплавах міді з 3d-перехідними металами, такими як Fe, Cr та Co формуються локалізовані стани електронів, пов'язані з домішкою, які розташовані між вершиною d-зон і рівнем Фермі основи. В результаті переходів електронів із цих станів на рівень Фермі формуються додаткові смуги поглинання в спектрах поглинання, які відсутні в спектрах чистих компонент. Показано, що зони, які характеризують локалізовані стани, розташовані в електронному енергетичному спектрі при різних енергіях, які знаходяться в інтервалі енергій Е=1.1-1.5 еВ в залежності від типу домішок (Fe, Cr або Со), причому центр зони не змінює свого положення по шкалі енергій при збільшенні концентрації домішок, але зони при цьому розширюються і при великих концентраціях домішок починають перекриватися із основною зоною розчинника, в результаті чого формується єдина зона.

7. Встановлено, що стан поверхні та структура приповерхневих шарів суттєво впливає на оптичні властивості досліджених металевих систем. Зокрема, окисна плівка товщиною 3-6 нм, яка присутня при нормальних умовах на поверхні металів і перешкоджає подальшому їх окисленню, призводить до суттєвих змін оптичних характеристик, а отже, і спектрів оптичного поглинання, у зв'язку з чим, наприклад, електронні характеристики реальних поверхонь металів, визначені на основі оптичних даних, відрізняються від їх глибинних шарів на 15-20%.

8. Запропоновано практичне застосування паладієвих йонно-імплантованих плівок на ніобаті літію як чутливих елементів піроелектричних приймачів випромінювання, що порівняно з існуючими характеризуються підвищеною чутливістю, швидкодією, а головне - високою променевою стійкістю, низькою деградаційною здатністю та високою стабільністю параметрів, що відкриває перспективи застосування розроблених приймачів у оптико-електронних пристроях і лазерній техніці.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В НАСТУПНИХ РОБОТАХ

1. Горбань Н.Я., Стащук В.С. Оптические свойства и характеристики электронов проводимости сплавов Ni-Fe // УФЖ. - 1977. - Т.22, №5. - С.664-668.

2. Горбань Н.Я., Стащук В.С. Оптические свойства и электронная структура сплавов Fe-Cr // Вестн.Киевск.ун-та. Физика. - 1979. - №20. - С.20-27.

3. Горбань Н.Я., Стащук В.С. Исследование электронной структуры сплавов Fe-Cr, Ni-Fe и Ni-Cr // Электронная структура переходных металлов и их сплавов. - К.: Наукова думка, 1979. - С.53-57.

4. Горбань Н.Я., Стащук В.С. Спектроскопия примесных состояний неупорядоченных сплавов Ni-Fe и Ni-Cr // ЖПС. - 1979. - Т.31, №6. - С.965-967

5. Стащук В.С., Горбань Н.Я., Петренко Т.Л. Исключение влияния слоя окисла на оптические свойства железа // Опт.и спектр. - 1980. - Т.49, №21. - С.32-36.

6. Стащук В.С., Горбань Н.Я., Дрозд П.И. Влияние слоя окисла на оптические и электронные характеристики никеля и хрома // Вестн.Киевск.ун-та. Физика. - 1980. - №21. - С.32-36.

7. Стащук В.С., Коваль А.В., Жмыря О.И. Межзонное поглощение света сплавами Fe-Cr в области эквиатомных концентраций // УФЖ. - 1981. - Т.26, №8. - С.1293-1296.

8. Стащук В.С. Эллипсометрические исследования электронной структуры сплавов Fe-Co // Эллипсометрия - метод исследования поверхности. Новосибирск: Наука, 1983. - С.38-40.

9. Стащук В.С., Шкурат В.И. Эллипсометрические исследования влияния слоя окисла на оптические характеристики некоторых переходных металлов // Эллипсометрия - метод исследования поверхности.- Новосибирск: Наука, 1983. - С.35-37.

10. Стащук В.С., Добровольская М.Ц., Ткаченко С.Н. Оптические свойства и электронные характеристики хрома // Опт. и спектр. - 1984. - Т.56, №5. - С.968-971.

11. Стащук В.С., Гавриленко М.Н. Оптические исследования электронных свойств никеля // УФЖ. - 1984. - Т.29, №1. - С.48-53.

12. Стащук В.С., Кравчук А.Н., Ясинская М.Н. Оптические и электронные характеристики железа // УФЖ. - 1984. - Т.29, №11. - С.1720-1725.

13. Стащук В.С., Ткаченко С.Н., Ясинская М.Н. Спектроскопические исследования электронных свойств меди // ЖПС. - 1986. - Т.44, №4. - С.634-639.

14. Стащук В.С., Мовсесян Л.Р. Оптические свойства и их связь с электронной структурой ферромагнитного кобальта // УФЖ. - 1986. - Т.31, №11. - С.1656-1661.

15. Стащук В.С., Дорошенко А.Е., Ткаченко С.Н. Оптические исследования примесных состояний в сплавах Cu-Fe // ФММ. - 1986. - Т.62, №4. - С.830-832.

16. Стащук В.С., Мовсесян Л.Р., Ясинская М.Н. Влияние слоя окисла на оптические свойства кобальта // Опт. и спектр. - 1986. - Т.61, №5. - С.1070-1074.

17. Стащук В.С., Крикуненко С.В. Оптическое поглощение сплавов Cr-Ni, богатых Cr, в области 1 - 5 єВ // ФММ. - 1988. - Т.65, №6. - С.1215-1217.

18. Стащук В.С., Скачко И.А. Влияние структурных превращений на оптические свойства сплавов Ni42.5Fe42.5B15 // УФЖ. - 1988. - Т.33, №6. - С.838-840.

19. Вакуленко О.В., Головинская Л.С., Елфимов О.В.,Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Стащук В.С. Оптические свойства двухслойных систем: никель-хромовая пленка - ниобат лития // ЖПС. - 1989. - Т.51, №1. - С.140-143.

20. Стащук В.С., Кравчук А.Н. Оптические исследования электронной структуры сплавов Fe-Co // УФЖ. - 1989. - Т.34, №8. - С.1246-1249.

21. Стащук В.С. Оптические исследования электронной структуры сплавов на основе 3d- переходных металлов // Вестн. Киевского ун-та. Физика. - 1989. - №30. - С.47-52.

22. Вакуленко О.В., Елфимов О.В., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Стащук В.С., Супруненко В.Н. Оптические свойства двухслойных систем: никель-хромовая пленка - танталат лития // УФЖ. - 1989. - Т.34, №12. - С.1826-1829.

23. Вакуленко О.В., Елфимов О.В.,Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Стащук В.С., Супруненко В.Н. Спектральная чувствительность пироэлектрических приемников излучения // Изв. вузов. Физика. - 1990. - №3. - С.106-108.

24. Стащук В.С., Сухомлин В.Т. Оптическое поглощение аморфной пленки Gd22Co78 // УФЖ. - 1990. - Т.35, №5. - С.667-671.

25. Вакуленко О.В., Елфимов О.В., Кременчугский Л.С., Леваш Л.В., Стащук В.С., Супруненко В.Н. Оптические свойства тонких никель-хромовых пленок в ИК области спектра // ЖПС. - 1990. - Т.53, №1. - С.159-162.

26. Одарич В.А., Панасюк В.И., Стащук В.С. Спектроэллипсометрические измерения показателя преломления и толщины слоев HfO2 на оптическом стекле // УФЖ. - 1992. - Т.56, №5-6. - С.827-830.

27. Одарич В.А., Стащук В.С., Панасюк В.И. Спектри оптичних сталих алюмінієвих дзеркал алмазного мікроточіння // УФЖ. - 1993. - Т.38, №2. - С.208-211.

28. Vakulenko O.V., Staschuk V.S., Romanuk B.M., Kluy M.I. Optical properties and structure of ionimplantated metal films on crystalline lithium niobate // Optical diagnostics materials and denices for opto-, micro- and guantum electronics. - Proc. SPIE. - 1995. V. 2642. - P.130-137.

29. Стащук В.С. Оптичні властивості двохкомпонентних систем Cu-Cr в області міжзонних переходів // УФЖ. - 1996. - Т.41, №5. - С.554-557.

30. Стащук В.С. Спектроскопія домішкових станів в сплавах Cu-Co // Вісн. Київського ун-ту. Фізика. - 1997. - №4. - С.401-408.

31. Макара В.А., Вакуленко О.В., Стащук В.С., Шевченко В.Б. Дослідження поруватого кремнію методом відбивної спектроскопії // Вісн. Київського ун-ту. Фізика. - 1997. - №4. - С.368-372.

32. Staschuk V.S., Shevchenko V.B. Optical properties and structure of porous silicon // Optical diagnostics of materials and devices for opto-, micro- and quantum electronics. - 1997. - V. 3359. - P.45-48.

33. Makara V.A., Staschuk V.S., Shevchenko V.B. Infrared spectroscopy of luminiscent porous silicon // Ibid. - P.75-78.

34. Стащук В.С. Спектроскопія домішкових станів в сплавах Сu-Co // УФЖ. - 1998. - Т.43, №3. - С.282-288.

35. Стащук В.С. Вплив домішок хрому на оптичні властивості та електронну структуру міді // Київський університет як осередок національної духовності, науки, культури. Матеріали науково-теоретичної конференції, присвяченої 165-річчю університету. - К.: ВЦ “Київський університет”, 1999. - С.31-35.

36. Стащук В.С. Оптичні дослідження електронної структури сплавів Ni-Co // Вісн. Київського ун-ту. Сер. фіз.-мат. науки. -1999. - №2. - С.501-504.

37. Poperenco L.V., Staschuk V.S., Vovchenco V.V. Optical investigation of the localized bands in the binary alloys of copper and 3d- metals // Functin. Mater. - 2000. - V.7, №3. - P.482-487.

38. Стащук В.С. Оптичні властивості та електронна структура сплавів Ni-Co // УФЖ. - 2000. - Т.45, №11. - С.1356-1360.

39. Одарич В.А., Дабижа В.В., Свечников А.А., Стащук В.С. Способ контроля толщины диэлектрических покрытий // Патент СССР №1839783 от 30.12. 1993.

40. Вакуленко О.В., Одарич В.А., Стащук В.С. Способ измерения коэффициента отражения // Патент Рос. Федер. №2033603 от 20.04. 1995.

41. Конончук Г.Л., Стащук В.С. Пристрій для вимірювання абсолютних значень коефіцієнта відбивання оптичних поверхонь в широкій області спектра // Позитивне рішення №98010403 про видачу патенту України 04.08.1999 р.

42. Горбань Н.Я., Стащук В.С. Исследование электронной структуры неупорядоченных сплавов Fe-Cr, Ni-Fe и Ni-Cr оптическим методом. Тез. докл. 2-го междунар. симпоз. по электронн. структ. переходн. метал., их спл. и интермет. соедин. - К. - 1977. - С.17.

43. Стащук В.С. Эллипсометрические исследования электронной структуры сплавов Fe-Co // Тез. докл. 2-ой всес. конф. “Эллипсометрия - метод исследования поверхности”. - Новосибирск: Наука, 1981. - С.83.

44. Стащук В.С., Шкурат В.И. Эллипсометрические исследования влияния слоя окисла на оптические характеристики некоторых переходных металлов // Тез. докл. 2-ой всес. конф. “Эллипсометрия - метод исследования поверхности”. - Новосибирск: Наука, 1981. - С.50.

45. Стащук В.С., Дорошенко А.Е., Ткаченко С.Н. Оптические исследования электронной структуры сплавов Cu-Fe // Тез. докл. 4-го всерос. коорд. совещ. педвуз. по физике магн. материал. - Иркутск. - 1986. - С.70-71.

46. Стащук В.С. Влияние структуры на оптические и электронные свойства аморфной пленки Gd2Со7 // Тез. докл. 3-ей всесоюзн. конференц. “Проблемы исследования структуры аморфных металлических сплавов” ч.2. - Москва. - 1988. - С.440.

47. Стащук В.С., Багрин Ю.В., Скачко И.А. Влияние структурных превращений на оптические свойства сплавов Fе40Nі40В20 и Fе42.5Nі42.5В15 // Тез. докл. 3-ей всесоюзн. конференц. “Проблемы исследования структуры аморфных металлических сплавов” ч.2. - Москва. - 1988. - С.296.

48. Литвинцев В.В., Стащук В.С., Сухомлин В.Т., Каткевич В.Н. Оптические поглощение аморфных сплавов Со и Gd2Со7 // Тез. докл. 5-го всерос. коорд. совещ. вузов по физике магн. материал. - Астрахань. - 1989. - С.56.

49. Стащук В.С., Сухомлин В.Т. Влияние структуры на оптические и электронные свойства аморфных пленок Gd-Co // Тези доп. научн.-практ. Семинара ”Оптика и спектроскопия в народном хоз.” - Мелитополь. - 1991. - С.14.

50. Конончук Г.Л., Одарич В.А., Стащук В.С. Эллипсометрические исследования диэлектрических покрытий на металлических зеркалах алмазного микроточения // Тезисы докл. Научн.-практ. Семинара ”Оптика и спектроскопия в народном хоз.” - Мелитополь. - 1991. - С.20.

51. Стащук В.С., Литвинцев В.В. Оптическое поглощение аморфных пленок Со, подвергнутых окислению по всему объему // Тезисы докл. научн.-практ. семинара ”Оптика и спектроскопия в народном хоз.” - Мелитополь. - 1991. - С.14.

52. Одарич В.А., Стащук В.С. Эллипсометрические исследования медных зеркал алмазного точения // Тезисы докл. Научн.-практ. Семинара ”Оптика и спектроскопия в народном хоз.” - Мелитополь. - 1991. - С.19.

53. Вакуленко О.В., Романюк Б.М., Клюй М.І., Стащук В.С. Оптичні властивості і структура іонноімплантованих плівок паладія та нікеля // Тези доп. научн.-практ. семінара ”Оптика и спектроскопия и их применение в народном хоз.” - Кам'янець-Подільський. - 1992. - С.114.

54. Вакуленко О.В., Стащук В.С., Супруненко В.М. Частотні характеристики піроелектричних приймачів випромінювання // Тези доп. научн.-практ. семінара ”Оптика и спектроскопия и их применение в народном хоз.” - Кам'янець-Подільський. - 1992. - С.115.

55. Литвинцев В.В., Стащук В.С. Оптические свойства аморфных пленок Со, окисленных по всему объему // Тезисы докл. 4-ей всесоюзной конф. “Проблемы исследования структуры аморфных материалов”. - Москва. - 1992. - С.27.

56. Стащук В.С., Сухомлин В.Т. Влияние структуры на оптические и электронные свойства аморфных сплавов Gd-Со // Тез. докл. 4-ей всесоюзной конф. “Проблемы исследования структуры аморфных материалов”. - Москва. - 1992. - С.34.

57. Одарич В.А., Панасюк В.И., Стащук В.С. Спектри оптичних сталих алюмінієвих дзеркал алмазного мікроточіння // Тези доп. научн.-практ. семінара ”Оптика и спектроскопия и их применение в народном хоз.” - Каменець-Подольський. - 1992. - С.94.

58. Вакуленко О.В., Романюк Б.М., Клюй М.І., Стащук В.С. Оптичні властивості і структура іонноімплантованих плівок паладія та нікеля // Тези доп. научн.-практ. семінара ”Оптика и спектроскопия и их применение в народном хоз.” - Кам'янець-Подільський. - 1992. - С.114.

59. Вакуленко О.В., Стащук В.С., Супруненко В.М. Частотні характеристики піроелектричних приймачів випромінювання // Тези доп. научн.-практ. семінара ”Оптика и спектроскопия и их применение в народном хоз.” - Кам'янець-Подільський. - 1992. - С.115.

60. Vakulenko O.V., Kluy M.I., Romanuk B.M., Staschuk V.S. Optical properties and structure of ionimplantated metal films on crystalline lithium niobate // Intern. Conf. “Optical diagnostics materials and devices for opto-, micro- and guantum electronics”. 1995, Kyiv. - P.36.

61. Стащук В.С. Оптичні властивості та електронна структура сплавів Cu-Cr // Тез. допов. 13-ої Нац. школи-семін. з міжнар. участ. “Спектроскопія молекул і кристалів” // Суми. - 1997. - С.93.

62. Стащук В.С., Вовченко В.В. Оптичні властивості та електронна структура сплавів міді з 3d- перехідними металами // Тез. допов. наук.-практ. конф. з міжн. учас. “Проблеми оптики та її освітнього аспекту на порозі 3-го тисячоліття” // Київ. - 1999. - С.30.

63. Staschuk V.S., Chernigha O.M. Effect of impurities of 3d- transition metals of the optical properties and electronic structure of copper // Abstr. Intern. Confer. “Advanced materials”. Sympos. A: Investigations, technologies and perspectives. - Kiev. - 1999. - P.208.

64. Стащук В.С., Вовченко В.В. Спектроскопія домішкових станів невпорядкованих сплавів Ni-Co // Тез. допов. Наук.-практ. конфер. з міжн. учас. “Проблеми оптики та її освітнього аспекту на порозі 3-го тисячоліття” // Київ. - 1999. - С.29.

65. Staschuk V.S., Semchuk G.M. Optical properties and electronic structure of copper alloys with 3d- transition metals // Abstr. Intern. Conf. “Optical diagnostics materials and devices for opto-, micro- and guantum electronics”. 1999, Kyiv. - P.78.

66. Poperenco L.V., Lohner T., Staschuk V.S., Vinnichenco M.V. Optical properties of ion-bombarded copper and its binary alloys with 3d- metals // Abstr. Intern. Confer. “Scientific problems of optics in XX1 century”. - Kiev. - 2000. - P.38.

67. Poperenco L.V., Staschuk V.S., Lysjuk V. O. The influence of ion implantation on the optical properties of thin nickel films on the pyroelectric // Ibid. - P.51.

68. Poperenco L.V., Staschuk V.S., Lysjuk V. O. Influence of ion implantation on optical properties of nickel film on lithium niobate // Abstr. Intern. Meeting “New materials and new technologies in new millennium”. 2000, Crimea, Ukraine. - P.54.

АНОТАЦІЇ

СТАЩУК В.С. Оптичні властивості та електронна структура металевих систем на основі перехідних елементів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.05 - оптика, лазерна фізика. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2001 р.

В дисертації наведено результати досліджень оптичних властивостей і на їх основі змін в електронній структурі перехідних та благородних (на прикладі міді) металів при добавленні в них інших перехідних металів, а також при структурних та фазових перетвореннях вказаних систем, вивчено вплив на їхні оптичні властивості приповерхневих шарів, а також стану самої поверхні після різноманітних обробок та дії зовнішніх чинників. Досліджено дію стимулюючих факторів, таких як йонна імплантація, на оптичні властивості системи: тонка плівка перехідного металу - піроелектрик. Встановлено загальні закономірності формування електронного спектру перехідних металів і міді при легуванні їх іншими перехідними металами. На основі експериментальних даних запропоновано модель електронного спектру невпорядкованих бінарних сплавів перехідних металів, згідно з якою їх енергетичний спектр являє собою суперпозицію спектрів розчинників та домішок, які формують домішкові зони, розташовані вище рівня Фермі або прилягають до нього. У випадку бінарних сплавів міді з тими ж перехідними металами додаткові смуги, які виникають у спектрах сплавів, пов'язані з переходами електронів на рівень Фермі з домішкових зон, розташованих в цьому випадку при різних енергіях нижче рівня Фермі, які, не змінюючи свого положення в енергетичному спектрі, розширюються при збільшенні концентрації домішок. Визначено параметри s- та d-електронів провідності в чистих перехідних металах та їх зміни при добавленні до них у вигляді домішок інших перехідних металів. Показано, що при структурних перетвореннях “аморфний - кристалічний стан” оптичні властивості металевих систем на основі перехідних металів визначаються, в першу чергу, найближчим оточенням і електронна структура не зазнає суттєвих змін. У зв'язку з цією обставиною при опроміненні високоенергетичними пучками йонів інертних газів систем “тонка плівка перехідного металу - піроелектрик” зміни їх оптичних властивостей зумовлені в більшій мірі змінами стану самої поверхні, ніж аморфізацією приповерхневих шарів. Запропоновано схему практичного застосування виявленого ефекту різкого збільшення коефіцієнта поглинання та його стабільності в широкій ІЧ області спектра в чутливих елементах піроелектричних приймачів випромінювання, які порівняно з існуючими характеризуються покращеними технічними характеристиками.

Ключові слова: оптичні властивості, еліпсометрія, спектроеліпсометрія, оптична провідність, спектри відбивання, перехідні метали, сплави, структурні та фазові перетворення, окисні плівки, електронна енергетична структура, електронні характеристики, йонна імплантація, піроелектричні приймачі випромінювання.

СТАЩУК В.С. Оптические свойства и электронная структура металлических систем на основе переходных элементов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 01.04.05 - оптика, лазерная физика. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2001 г.

В диссертации приведены результаты исследований оптических свойств и на их основе электронной структуры переходных металлов при добавлении их к другим переходным металлам или к меди, при структурных и фазовых превращениях указанных систем; изучено влияние приповерхностных слоев и состояния самой поверхности на оптические свойства вследствие разнообразных обработок, а также действия внешних факторов. Исследовано действие стимулирующих факторов, таких как ионная имплантация, на оптические свойства систем “тонкая пленка переходного металла - пироэлектрик”. Установлены общие закономерности формирования электронного спектра переходных металлов или меди при легировании их переходными металлами. На основе экспериментальных данных предложены модели электронной структуры неупорядоченных бинарных сплавов переходных металлов, согласно которым их энергетический спектр представляет собой суперпозицию спектров растворителя и примесей, которые формируют примесные зоны, расположенные выше уровня Ферми, или прилегают к нему. В случае сплавов меди с теми же переходными металлами дополнительные полосы, которые возникают в спектрах поглощения сплавов, связаны с переходами электронов из примесных зон, расположенных в этом случае при разных энергиях ниже уровня Ферми, которые почти не меняют своего положения в энергетическом спектре, хотя существенно расширяются при увеличении концентрации примесей. Определены параметры s- и d-электронов проводимости чистых переходных металлов и изучены их зависимости от концентрации примесей. Показано, что при структурных превращениях аморфное - кристаллическое состояние оптические свойства металлических систем на основе переходных металлов определяются в большей степени ближайшим окружением и электронная структура не претерпевает существенных изменений. В связи с этим обстоятельством при облучении высокоэнергетическими пучками инертных газов систем “тонкая пленка переходного металла - пироэлектрик” изменения их оптических свойств обусловлены в большей мере изменениями состояния самой поверхности, чем аморфизацией приповерхностных слоев. Предложено практическое применение обнаруженного эффекта резкого увеличения коэффициента поглощения и его стабильности в широкой ИК области спектра в чувствительных элементах пироэлектрических приемников излучения, которые по сравнению с существующими характеризуются улучшенными техническими характеристиками, в особенности чрезвычайно высокой лучевой устойчивостью, отсутствием селективности спектральной чувствительности в широкой области спектра и высокой стабильностью параметров.

Ключевые слова: оптические свойства, эллипсометрия, спектроэллипсометрия, спектры отражения, спектры поглощения, переходные металлы, сплавы, структурные и фазовые превращения, окисные пленки, электронная структура, энергетическая зона, электронные характеристики, ионная имплантация, пироэлектрические приемники излучения.

STASHHUK V.S. Optical properties and electronic structure of the metal systems based on transition metals. - Manuscript.

Thesis for a doctor of sciences degree of physical-mathematical sciences by speciality 01.04.05 - optics, laser physics. - Taras Shevchenko Kyjiv National University, Kyjiv, 2001.

The thesis reports the results of studying the optical properties and determined from them electronic structure of transition metals (copper as an example) in doping with other transition and noble metals, in structure and phase transformations of the mentioned systems. The effect of near-surface layers as well as the influence of state of surface itself on the optical properties as a result of different treatments and action of external factors are studied. The action of stimulating factors, such as ion implantation, on the optical properties of systems 'transition metal thin film - pyroelectric' is investigated. The general rules of transition metal electronic spectrum formation when the metals dope other transition metals or copper are established. A model of the electronic spectrum of transition metal disordered binary alloy is suggested. According to the model, the energy spectrum of the metals is a superposition of spectra of the solvents and dopants, which form the dopant bands located above Fermi level or near to it. In the case of copper alloys with the same transition metals, the complementary bands appearing in the alloy spectra are related to electron transitions from dopant bands located in this case at different energies below Fermi level, which expand at increasing the dopant concentration without a change of its position in the energy spectrum. The parameters of s- and d-electrons of conductivity in pure transition metals as well as their changes on addition of other dopants of the same elements are determined. It is shown that in the structure transformations 'amorphous - crystalline state' the optical properties of metallic system based on transition metals are determined mainly by the nearest neighbourhood and the electronic structure is not subjected to significant modifications. In connection with this, the optical property modifications of systems 'transition metal thin film - pyroelectric' under irradiating the systems by inert gas ion beams are caused mainly by changes in the state of surface itself rather than by amorphisation of surface layers. A practical implementation of the detected effect of an abrupt rise of the absorption coefficient and its stability within a wide IR spectral range in sensitive elements of pyroelectric radiation detectors which surpass the existing ones in extremely high radiation resistance, non-selective spectral sensitivity within a wide spectral region and a high performance parameter stability is proposed.

Keywords: optical properties, ellipsometry, spectroellipsometry, reflection spectra, absorbtion spectra, transition metals, alloys, structure and phase transformations, oxide films, electronic structure, energetic bands, electronic characteristics, ion implantation, pyroelectric radiation detectors.

Размещено на Allbest.ru