Устройство датчика ионного тока
В установках ионной имплантации уделяется повышенное внимание измерению ионного тока, так как эти измерения, что следует из соотношения (2.35) лежат в основе правильного задания и контроля дозы имплантации. Трудность при измерении ионного тока заключаются в том, что при прямом измерении значительную (до 10 раз) ошибку вносят вторичные электроны, выбитые с поверхности мишени (эффект нейтрализации). В установке ВИУ-1 использовано устройство для измерения ионного тока, работающее по принципу цилиндра Фарадея. Схема измерительного устройства приведена на рисунке 5.4.
Рисунок 5.4 – Устройство для измерения ионного тока. 1 – вакуумная камера; 2 – ионный поток; 3 – плазмотрон; 4 – коллектор электронов; 5 – мишень; 6 – стол; 7 – изоляторы; 8 – микроамперметр для измерения ионной составляющей тока; 9 – микроамперметр для измерения электронной составляющей тока.
В состав устройства входят: коллектор электронов 4 (металлический цилиндр с отношением длины к диаметру 6:1), изолированный от стенок вакуумной камеры 1, источник постоянного напряжения 100 В и два микроамперметра 8 и 9 для измерения ионной и электронной составляющих тока соответственно. Отличительной особенностью измерительного устройства является то, что рабочий стол 6 с обрабатываемыми образцами 5 размещается внутри данного устройства. Разрабатываемое оборудование позволит осуществлять имплантацию ионов азота с энергией 1 – 10 кэВ ( Дж) в металлы и сплавы, модифицируя их свойства в нужном направлении.
Заключение
Несмотря на большое количество исследований в области ионной имплантации, остаётся ещё множество вопросов, стоящих перед исследователями [3]. В частности, мало изучены процессы, происходящие при внедрении ионов с энергией от 1 кэВ ( Дж) до 10 кэВ ( Дж) в материал подложки и от 50 МэВ ( Дж) и более [12]. Данные многочисленных экспериментов свидетельствуют о наличие эффекта дальнодействия, когда радиационные дефекты и упругие напряжения в имплантированном слое могут проникать на значительно большие глубины нежели имплантированные атомы, оказывая существенное влияние на свойства легируемого изделия. Это сложный и малоизученный процесс, поэтому в настоящее время в литературе существуют лишь очень приблизительные модели его описания [21, 22]. С помощью анализа литературы были установлены основные процессы, происходящие при ионной имплантации, разработан комплекс моделей, позволяющих перейти от ТПО к эксплуатационным свойствам материала и составить прогноз о его эксплуатационном поведении. Таким образом по работе можно сделать следующие выводы: 1. Анализ состояния вопроса поверхностной модификации свойств металлов и сплавов методом ионной имплантации азота позволил установить, что: · ионная имплантация является высокоэффективным методом поверхностной модификации; · не предложено модели модификации поверхностного слоя металлов и сплавов в результате имплантации ионов азота, наиболее полно учитывающей процессы, происходящие при этом; · формулы, связывающие параметры ионной имплантации с пробегами ионов в мишенях действуют лишь в определённых энергетических диапазонах; поэтому необходимо внимательно следить за областью их применения в расчётах; · недостаточно исследована возможность применения имплантации ионов газов с энергией в диапазоне 1 – 10 кэВ ( Дж) в целях улучшения физико-механических и эксплуатационных характеристик материалов. 2. Предложена модель модификации поверхностного слоя металлов и сплавов в результате имплантации ионов азота, которая позволяет при заданных технологических параметрах имплантации спрогнозировать эксплуатационные свойства металла или сплава; 3. На основе анализа литературы разработана методика, позволяющая наиболее точно рассчитать по предложенной модели параметры основных процессов, происходящих при ионной имплантации азота с энергией 1 – 10 кэВ ( Дж) в металлы и сплавы; 4. Для выполнения расчётов разработано программное обеспечение (приложения А и Б), позволяющее при заданных ТПО рассчитать остаточные концентрационные напряжения, возникающие при имплантации ионов азота в металлы и сплавы; 5. Полученные теоретические результаты согласуются с данными, приведёнными в литературе, с точностью в пределах 10 – 15 %, что свидетельствует об адекватности построенной модели. Несмотря на то, что мы не учитывали процесс дальнодействия, разработанная методика позволяет с достаточной степенью точности рассчитать основные параметры процессов, происходящих при ионной имплантации и предсказать на основе их значений эксплуатационные свойства материала. Ионная имплантация обладает очень широкими возможностями для изменения свойств материалов. При ионной имплантации газов в поверхностном слое металлов и сплавов создаются условия, способствующие протеканию реакций между атомами внедренной примеси и атомами матрицы, а также растворенными в ней примесями. Это позволяет легировать металл или сплав ионами недостающего для образования соединения элемента; синтезировать как известные соединения, так и соединения, которые не могут быть созданы другими методами. Ионная имплантация может быть применена для получения равновесных и метастабильных фаз с существенно расширенными границами правила Юм-Розери по сравнению с его применением при традиционных способах образования твердых растворов. Эмпирическое правило Юм-Розери для образования метастабильного твердого раствора при ионной имплантации: "Метастабильный твердый раствор образуется, если имплантированная примесь имеет: а) атомный радиус в пределах от 15 до 40 % от радиуса матрицы, б) электроотрицательность в пределах ±0,6 от атомов матрицы". Таким образом, благодаря возможности воздействия на механические и химические свойства, фазовый состав и структуру поверхностных слоев металлов и сплавов метод ионной имплантации, не ограниченный условиями равновесных фазовых диаграмм, открывает широкие возможности для целенаправленного и управляемого изменения поверхностных свойств металлов и сплавов, синтеза новых метастабильных растворов и создания новых материалов с необычными свойствами.
Список Литературы
1. Ионная имплантация. Сб. статей. Пер. с англ. / под ред. Хирвонена Д.М.: Металлургия, 1985. 2. Хирвонен Дж.К. Ионная имплантация. М.: Металлургия, 1985. 285 с. 3. Инзарцев Ю.В. Повышение эксплуатационных характеристик инструмента методом ионной имплантации азота. Дисс. канд. техн. наук. / Тульский Государственный Университет – Тула. –2002. –129 с. 4. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.: ил. 5. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / Под. ред. Дж. М. Поута, Г. Фоти, Д.К. Джекобсона. М: Машиностроение, 1987. 424с. 6. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. - М.: Металлургия, 1990. 134с. 7. Афанасьев В.П., Манухин В.В., Нуекс Д. Взаимодействие лёгких ионов средних энергий с неоднородными поверхностями // Инженерные проблемы термоядерной энергетики. М.: МЭИ, 1989. №220. С. 27-32. 8. Погребняк А.Д., Ремнев Г.Е., Чистяков С.А., Лигачёв А.Е. Модификация свойств металлов под действием ионных пучков // Изв. ВУЗов. Физика. 1987. №1. С. 52-65. 9. Калачев М.И. Деформационное упрочнение металлов. Мн., Наука и техника, 1980, 256 с. 10. Теория термической обработки. Учебник для вузов. Блантер М.Е. М.: Металлургия, 1984, 328с. 11. Бельский Е.И., Ситкевич М.В., Понкратин Е.И., Стефанович В.А. Химико-термическая обработка инструментальных материалов.-Мн.: Наука и техника, 1986.-247 с. 12. Теория и технология азотирования / Лахтин Ю.М., Коган Я.Д, Шпис Г.И., Бемер 3. - М.: Металлургия, 1991, 320с. 13. X. Риссел, И. Руге. Ионная имплантация: Пер. с нем. В.В. Климова, В.Н. Пальянова. / Под ред. М.И. Гусевой. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1983. - 360с. 14. Кумахов М.А., Комаров Ф.Ф. Энергетические потери и пробеги ионов в твердых телах. - Мн.: Изд-во БГУ, 1979.-320с. 15. Костерин К.В. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой: адатомные механизмы и возможная роль фононов. // Физика и химия обработки материалов № 3 - 1995. с. 43-48. 16. Оборудование ионной имплантации/ В.В. Симонов, Л.А. Корнилов, А.В. Шашелев, Е.В. Шокин. - М.: Радио и связь, 1988. - 184с. 17. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой: Пер. с англ. / Под ред. Р. Бериша. - М.: Мир, 1986. - 488 с. 18. Барвинок В. А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. -М.: Машиностроение, 1990.-384 с. 19. Сулима A.M., Шулов В.А. Ионное легирование конструкционных материалов.// Поверхностный слой, точность, эксплуатационные свойства и надежность деталей машин и приборов. - М.: МДНТП, 1989. -с. 73-78. 20. Никитин А.А., Травина Н.Г. Ионная имплантация металлов и сплавов. // Бюллетень ЦНИИЧ. - 1986. - № 23. 21. Васильева Е.В. Влияние имплантации ионов азота и углерода на стойкость подшипниковой стали // Физика и химия обработки материалов №1. – 1989. с. 43-48. 22. Зеленский В.Ф., Неклюдов И.М., Черняева Т.П. Радиационные дефекты и распухание металлов. - Киев: Наукова думка, 1988. - 296 с. 23. Синебрюхов А.А., Харлов А.В., Бурков П.В. Исследование модификации поверхности быстрорежущей стали под воздействием ионного пучка// Материалы международного научно-технического симпозиума Славянтрибо-4. Трибология и технология. С.-Пб. 1997, Т. 1. с.74-77. 24. Lindhard J., Scharff M., Schiott H.E. - Mat. -Fys. Medd. Dan. Vid. Selsk, 1963, 33, N 14. 25. Lindhard J., Scharff M. - Phys. Rev., 1961, v. 124, p. 128. 26. Каминский М.А. Атомные и ионные столкновения на поверхности металлов. -М.: Мир, 1967. 506 с. 27. Титов В.В. Роль механических напряжений при легировании материалов с помощью ионных пучков. М.: Препринт ИЛЭ им. И.В. Курчатова, 1983. 48с. 28. Бобровский С.М. Повышение эксплуатационных свойств режущего инструмента методом ионной имплантации. Дисс. канд. техн. наук. / Тольятти. – 1998. – 245 с. 29. Смирнов М.Ю. Повышение работоспособности торцовых фрез путем совершенствования конструкций износостойких покрытий: дисс. к.т.н. Ульяновск, 2000. - 232 с., ил. 30. Буренков Л.Ф., Комаров Ф.Ф., Кумахов М.А., Темкин М.М. Таблицы параметров пространственного распределения ионно-имплантированных примесей. Минск.: БГУ, 1980. 348 с. 31. Готт Ю.В., Явлинский Ю.Н. Взаимодействие медленных частиц с веществом и диагностика плазмы. М., 1973. 32. Sommerfeld A. - Rend. Acad. Lincei, 1935, 6,759. 33. Caspar R. - Acta Phys. Hung., 1952, 11,151. 34. Teitz T. -Ann. d.Phys., 1955, 15, 186. 35. Wedephol P. - J. Phys., 1968, B1, 307. 36. Белый А.В., Догодейко В.Г., Макушок Е.М., Миневич А.Л. Прогрессивные методы изготовления металлорежущего инструмента. Минск.: БЕЛНИИТИ, 1989. 56 с. 37. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Квантовая механика. М., Физматгиз, 1963. 38. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика. М., Физматгиз, 1958. 39. Lindhard J., Nielsen V., Scharff М. Mat.-fys. Medd. Dan. Vid. Sel., 1968, 36, №10. 40. Фирсов О. Б. "Ж. эксперим. и теор. физ.", 1959, 36, 1517. 41. Кишиневский Л. М. "Изв. АН СССР. Сер. физ.", 1962, 26, 1410. 42. Абов Ю.Г., Иванов Л.И., Заболотный В.Т., Суворов А.Л. Динамические процессы при облучении твёрдых тел. Препринт №81. М.: ИТЭФ, 1985. 52 с. 43. Бабаев В.П., Бобков А.Ф., Заболотный В.Т. и др. Каскады атомных столкновений в металлах. М.: Препринт ИТЭФ-110, 1982, 40 с. 44. Иолфи Ф.В. Фазовые превращения при облучении. - Челябинск: Металлургия, 1989.312 с. 45. Искандерова З.А., Раджабов Т.Д., Рахимова Г.Р. Формирование упрочненного приповерхностного слоя с выделениями новой фазы на объемных дефектах при ионной имплантации. Поверхность. - 1985. - №10. с. 115-126. 46. Лейман К. Взаимодействие излучения с твердым телом и образование элементарных дефектов: Пер. с англ.-М.: Атомиздат, 1979. 296 с. 47. Константы взаимодействия металлов с газами: Справ, изд. Коган Я.Д., Колачев Б.А., Левинский Ю.В. и др. - М.: Металлургия, 1987. - 368 с. 48. Бойко В.И., Кадлубович Б.Е., Шаманин И.В. Влияние дефектности структуры металлов на профиль расперделения внедренных ионов. // Физика и химия обработки материалов № 3 - 1991. с. 56-61. 49. Влияние никоэнергетической имплантации на механические свойства сплавов титана и железа. / В.О. Вальднер, В.П. Квядрас и др.// Физика и химия обработки материалов. - 1987. - № 2 -с. 18-24. 50. Бериш Р. Распыление твёрдых тел ионной бомбардировкой. М.: Мир, 1986. Т. 2. 484 с. 51. Баранов И.А., Мартыненко Ю.В., Цепелевич С.О., Явлинский Ю.Н. Неупругое распыление твёрдых тел ионами // УФН. 1988. Т. 156. С. 477-511. 52. Лариков Л.Н., Исайчев В.И. // Диффузия в металлах и сплавах: Справочник. Киев: Наукова думка, 1986. - 565 с. 53. Ноздрин В.Ф., Умеренко С.М., Губенко С.И. О механизме упрочнения металлов при сверхглубоком проникновении высокоскоростных частиц. // Физика и химия обработки материалов № 6 - 1991. с. 73-79. 54. Абдрашитов В.Г., Рыжов В.В., Моделирование распределений ионной имплантации методом Монте-Карло.// Физика и химия обработки материалов № 2 - 1993. с. 22-26. 55. Диденко А.Н., Лигачёв А.Е., Куракин И.Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. М.: Энергоатомиздат, 1987. 184 с. 56. Диденко А.Н., Шулов В.А., Ремнев Г.Е., Ночевная Н.А. Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Свердловск: ГКНТ СССР, 1991. Т. 3. С. 3. 57. Тушинский Л.И. Теория и технология упрочнения металлических сплавов. - Новосибирск: Наука, 1990. 306 с. 58. Ершов Г.С., Бычков Ю.Г., Физико-химические основы рационального легирования сталей и сплавов М.: Металлургия, 1982. 360 с. 59. Ионное облучение инструмента из быстрорежущей стали. / Н.В. Плешивцев, Д.В. Бондарев, П.П. Сидоров, С.Е. Дукачев, Г.Л. Давыдов // СТИН. - 1994. - № 6. - с. 21-23. 60. Ибрагимов Ш.Ш., Кирсанов В.В., Пятилетов Ю.С. Радиационная повреждаемость металлов и сплавов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 240 с. 61. Дидык А.Ю., Регель В.Р., Скуратов В.А., Михайлова Н.Ю. Радиационное упрочнение металлов, облучённых тяжёлыми ионами // ЖТФ. 1989. Т. 59. №5. С. 107-111. 62. Аксёнов А.И., Бугаев С.П., Емельянов В.А. и др. Получение широкоапертурных пучков ионов металлов // ПТЭ. 1987. №3. С. 139-142. 63. Бабаев В.П., Заболотный В.Т., Суворов А.Л. Фокусировка в каскадах атомных столкновений // Вопр. атомной науки и техники. Сер. ФРПРМ. 1985. Вып. 4(37). С. 7-9. 64. Геринг Г. И., Полещенко К.Н., Вершинин Г. А., Поворознюк С. Н., Орлов П.В. Роль диффузионных процессов в повышении износостойкости модифицированных твердых сплавов // Трение и износ, 1998. Т. 19. №4. С. 453-457. 65. Заболотный В.Т., Иванов Л.P, Суворов А.Л. Автоионная микроскопия и фундаментальные аспекты повреждаемости твердых тел. // Физика и химия обработки материалов № 2 - 1994. с. 34-39.
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Программа ION_IMPLANTATION, разработанная в среде Borland C++ для расчёта остаточных концентрационных напряжений в поверхностных слоях материала подложки после имплантации ионов азота
#include <vcl\vcl.h> #include <stdlib.h> #include <math.h> #pragma hdrstop #include "Main_Form.h" #include "About.h" #pragma resource "*.dfm" TIonImpl *IonImpl; AnsiString InfoTemp,EInf; int i,j,k,l,m,n,o,p,ENum=0,EndInf=0,VInf_N,X_coord; AnsiString SubInf[14][4]; double LP, AC, AM, AR, Density, IE, IC, IM, IR, INum, IBD, SAD, E_EW, NE_EW, Rmin, IV, E_Step, E_Cntr, E_Int, E_ND, Energy, TgtPrm, TgtPrmRange, TgtPrmMIN, TgtPrmMAX, TPPrc, Rm_Range, Rm_Cntr, Rm_ND, Rm_IL, Rm_SL, Rm_Step, Rm,Differ, DifferTemp, Temp, Temp1, Temp2, Ci, Cv, sigma_max, Ci_max, Cv_max, ro_ND, ro_IL, ro_SL, ro_Range, ro_Cntr, ro_Step, fi, fi_ND, fi_IL, fi_SL, fi_Range, fi_Cntr, fi_Step, fi_Int, lambda, epsilon, ro, alpha, ksi_e, P, B, H, U, r, f_psi_arg, InactE, RelE, E_EW_Int, ShldPrm_tf, ShldPrm_f, func_ls_prm, func_ls, Tmax, psi, psi_S, psi_G, psi_T, psi_W, R, Rp, EW, tau, E_NE, R_sqr, delta_R, delta_Rp, LP_gpu, En=0, En_Temp=0, Rmin_0, VInf[14][3]; const struct EquivalentTable { double A, AMU, EV, EC; } ET = {1E-10,1.66053E-27,1.602192E-19,1.602192E-19}; double ShldPrm0=0.529E-10,eps0=8.85E-12,eps=1,EC=ET.EC,PI=3.14159,V0=2.2E6,Vv_relax=-0.05,Vi_relax=1.10,MU,V_atom,Ed=6.408768E-18; double fTFF(double R) { //Аргумент Фирсова функции экранирования Томаса-Фарми-Фирсова f_psi_arg=R/ShldPrm_tf;//(Firsov's psi argument) //Аппроксимации функции экранирования Томаса-Фарми-Фирсова //Аппроксимация Зоммерфельда Temp1=f_psi_arg/pow(12,double(2)/double(3)); Temp2=1+pow(Temp1,0.772); psi_S=pow(Temp2,-3.885);//psi of Sommerfeld //Аппроксимация Гаспара Temp1=-0.1837*f_psi_arg; Temp2=1+1.05*f_psi_arg; psi_G=exp(Temp1)/Temp2;//psi of Gaspar //Аппроксимация Тейтца Temp=1+f_psi_arg*pow(PI/double(8),double(2)/double(3)); psi_T=pow(Temp,-2);//psi of Teitz //Аппроксимация Видефола Temp=-6.62*pow(f_psi_arg,0.25); psi_W=317*f_psi_arg*exp(Temp);//psi of Wedephol //Функция экранирования Томаса-Фарми-Фирсова psi=psi_T; return psi; } __fastcall TIonImpl::TIonImpl(TComponent* Owner) : TForm(Owner) { } void __fastcall TIonImpl::About1Click(TObject *Sender) { AboutBox->ShowModal(); } void __fastcall TIonImpl::ResultClick(TObject *Sender) { if (EndInf) {ENum=0;VInf_N=0;} //Get data //Element Information Elem_Info->SelectAll(); InfoTemp=Elem_Info->SelText; EInf=InfoTemp; SubInf[ENum][0]=EInf; Elem1_Name->Caption=SubInf[0][0]; Elem2_Name->Caption=SubInf[1][0]; Elem3_Name->Caption=SubInf[2][0]; Elem4_Name->Caption=SubInf[3][0]; Elem5_Name->Caption=SubInf[4][0]; Elem6_Name->Caption=SubInf[5][0]; Elem7_Name->Caption=SubInf[6][0]; Elem8_Name->Caption=SubInf[7][0]; Elem9_Name->Caption=SubInf[8][0]; Elem10_Name->Caption=SubInf[9][0]; Elem11_Name->Caption=SubInf[10][0]; Elem12_Name->Caption=SubInf[11][0]; Elem13_Name->Caption=SubInf[12][0]; Elem14_Name->Caption=SubInf[13][0]; //Lattice Parameter 1 LatParam1->SelectAll(); InfoTemp=LatParam1->SelText; LP=InfoTemp.ToDouble(); //Lattice Parameter 2 LatParam2->SelectAll(); InfoTemp=LatParam2->SelText; LP_gpu=InfoTemp.ToDouble(); //Atom Charge AtomCharge->SelectAll(); InfoTemp=AtomCharge->SelText; AC=InfoTemp.ToDouble(); //Atom Mass AtomMass->SelectAll(); InfoTemp=AtomMass->SelText; AM=InfoTemp.ToDouble(); //Atom Radius AtomRadius->SelectAll(); InfoTemp=AtomRadius->SelText; AR=InfoTemp.ToDouble(); //Atoms In Low Level Cell AILLCell->SelectAll(); InfoTemp=AILLCell->SelText; Density=InfoTemp.ToDouble(); //Ion Energy IonEnergy->SelectAll(); InfoTemp=IonEnergy->SelText; IE=InfoTemp.ToDouble(); //Ion Charge IonCharge->SelectAll(); InfoTemp=IonCharge->SelText; IC=InfoTemp.ToDouble(); //Ion Mass IonMass->SelectAll(); InfoTemp=IonMass->SelText; IM=InfoTemp.ToDouble(); //Ion Radius IonRadius->SelectAll(); InfoTemp=IonRadius->SelText; IR=InfoTemp.ToDouble(); //Ion Number IonNum->SelectAll(); InfoTemp=IonNum->SelText; INum=InfoTemp.ToDouble(); //Ion Beam Density IonBeamDensity->SelectAll(); InfoTemp=IonBeamDensity->SelText; IBD=InfoTemp.ToDouble(); //Processing data if ((IE<10)&&(IE>0)) VInf_N=IE/1000; LP*=ET.A; AR*=ET.A; IR*=ET.A;//To Angstrems AM*=ET.AMU; IM*=ET.AMU;//To Atomic Mass Unit IE*=ET.EV;//To Electron-Volt SAD=Density/AM;//Substrate Atoms Density V_atom=4/3*PI*pow(AR,3); R=0;Rp=0;delta_R=0;delta_Rp=0;En=0; ResultData->Lines->Append(InfoField6->Caption); ResultData->Lines->Append(IE); //Ion implantation task solution //Общие константы lambda=1.309; ksi_e=pow(IC,double(1)/double(6)); //Рассчёт параметра экранирования Temp=pow(IC,double(2)/double(3))+pow(AC,double(2)/double(3)); ShldPrm_tf=0.8853*ShldPrm0/pow(Temp,double(1)/double(2));//Параметр экранирования Томаса-Ферми Temp=pow(IC,double(1)/double(2))+pow(AC,double(1)/double(2)); ShldPrm_f=0.8853*ShldPrm0/pow(Temp,double(2)/double(3));//Параметр экранирования Фирсова randomize();//Инициализация счётчика случайных чисел TPPrc=11;//Target Parameter Precision //Вычисление минимального значения прицельного параметра TgtPrmMIN=0; //Вычисление максимального значения прицельного параметра TgtPrmMAX=LP/2; //Интервал значений прицельного параметра TgtPrmRange=TgtPrmMAX-TgtPrmMIN; for (k=1;k<=INum;k++) { //Начало цикла по энергии. //Потери энергии вычисляются в соответствии с типом модели. E_ND=100;//Число разбиений (Number of Divisions) E_Cntr=IE;//Счётчик (Counter) E_Step=IE/E_ND;//Приращение (Step) E_Int=0; for (i=E_ND;i>=1;i--) { Energy=E_Cntr-E_Step/2;//Ion Energy Rm_IL=0;//Rmin First Value Rm_SL=LP/2;//Rmin Last Value Rm_Range=Rm_SL-Rm_IL; Rm_ND=100; DifferTemp=1; Rm_Step=Rm_Range/Rm_ND; Rm_Cntr=Rm_IL+Rm_Step; for (j=1;j<=Rm_ND;j++) { Rm=Rm_Cntr-Rm_Step/2; Temp=1-(IC*AC*pow(EC,2)*fTFF(Rm)*(IM+AM))/(4*PI*eps*eps0*Rm*Energy*AM); Differ = (Temp<0) ? -Temp : Temp; if (Differ<DifferTemp) {DifferTemp=Differ; Rmin_0=Rm;} Rm_Cntr+=Rm_Step; } IV=sqrt(2*Energy/IM); Temp=pow(IC,double(2)/double(3))+pow(AC,double(2)/double(3)); NE_EW=(8*PI*ShldPrm0*SAD*ksi_e*IC*AC*pow(EC,2)*IV)/(V0*4*PI*eps*eps0*pow(Temp,double(3)/double(2)));//Неупругие потери E_NE=0.525*pow(Temp,2)*pow(IM,2)*EC*1E3/(pow(ksi_e,2)*pow(IM+AM,2)); E_EW=0;En_Temp=0; if (Energy<E_NE) { //Потери энергии при столкновениях (модель Томаса-Ферми-Фирсова) ro_ND=100;//Число разбиений (Number of Divisions) ro_IL=0; ro_SL=LP/2-Rmin_0;//Пределы интегрирования: Inferior Limit - нижний, Superrior Limit - верхний ro_Range=ro_SL-ro_IL; //Длина интервала ro_Cntr=ro_IL+ro_Range/ro_ND; ro_Step=ro_Range/ro_ND;//Счётчик и приращение E_EW_Int=0; for (l=1;l<=ro_ND;l++) { ro=ro_Cntr-ro_Step/2;//Переменная цикла //Вычисление расстояния максимального сближения частиц Rm_IL=0;//Rmin First Value Rm_SL=LP/2;//Rmin Last Value Rm_Range=Rm_SL-Rm_IL; Rm_ND=100; DifferTemp=1; Rm_Step=Rm_Range/Rm_ND; Rm_Cntr=Rm_IL+Rm_Step; for (j=1;j<=Rm_ND;j++) { Rm=Rm_Cntr-Rm_Step/2; Temp=1-pow(ro/Rm,2)-(IC*AC*pow(EC,2)*fTFF(Rm)*(IM+AM))/(4*PI*eps*eps0*Rm*Energy*AM); Differ = (Temp<0) ? -Temp : Temp; if (Differ<DifferTemp) {DifferTemp=Differ; Rmin=Rm;} Rm_Cntr+=Rm_Step; } //Потенциал Томаса-Ферми-Фирсова U=IC*AC*pow(EC,2)*fTFF(Rmin)/(4*PI*eps*eps0*Rmin); fi_ND=100;//Число разбиений (Number of Divisions) fi_IL=Rmin; fi_SL=1E-9;//Пределы интегрирования: Inferior Limit - нижний, Superrior Limit - верхний fi_Range=fi_SL-fi_IL; //Длина интервала fi_Cntr=fi_IL+fi_Range/fi_ND; fi_Step=fi_Range/fi_ND;//Счётчик и приращение fi_Int=0; for (p=1;p<=fi_ND;p++) { fi=fi_Cntr-fi_Step/2;//Переменная цикла Temp=1-pow(ro/fi,2)-IC*AC*pow(EC,2)*fTFF(fi)*(IM+AM)/(4*PI*eps*eps0*Energy*AM*fi); Temp = (Temp<0) ? -Temp : Temp; fi_Int+=(ro/pow(fi,2))*fi_Step/sqrt(Temp); fi_Cntr+=fi_Step;//Приращение переменной цикла } alpha=PI-2*fi_Int; alpha = (alpha<0) ? -alpha : alpha; Temp=sin(alpha/2); En_Temp+=4*Energy*IM*AM*pow(Temp,2)/pow(IM+AM,2); E_EW_Int+=pow(Temp,2)*ro*ro_Step; ro_Cntr+=ro_Step;//Приращение переменной цикла } En_Temp/=100; E_EW=8*PI*IM*AM*SAD*Energy*E_EW_Int/pow(IM+AM,2);//Упругие потери (Elastic Energy Waste) } En+=En_Temp; EW=NE_EW+E_EW; Temp=(1/EW)*E_Step; E_Int+=Temp; E_Cntr-=E_Step; } //Конец цикла по энергии. //Пробег и проецированный пробег ионов R+=E_Int; Temp1=double(AM/IM); Rp+=R/(1+0.36*pow(Temp1,1.15)); } //Конец цикла по прицельному параметру. //Средний пробег и проецированный пробег ионов R/=INum; Rp/=INum; Temp=double(3-1)/double(3*(2*3-1))*4*IM*AM/pow(IM+AM,2); delta_R=sqrt(Temp)*R; delta_Rp=sqrt(Temp)*Rp; ResultData->Lines->Append("Средний пробег ионов:"); ResultData->Lines->Append(R); ResultData->Lines->Append("Страгглинг среднего пробега ионов:"); ResultData->Lines->Append(delta_R); ResultData->Lines->Append("Средний проецированный пробег ионов:"); ResultData->Lines->Append(Rp); ResultData->Lines->Append("Страгглинг среднего проецированного пробега ионов:"); ResultData->Lines->Append(delta_Rp); SubInf[ENum][2]=Rp;SubInf[ENum][3]=delta_Rp; VInf[ENum][0]=Rp+20E-10;VInf[ENum][1]=delta_Rp;VInf[ENum][2]=En/(2*Ed)/100; ENum++; } void __fastcall TIonImpl::Save1Click(TObject *Sender) { ResultData->Lines->SaveToFile("Ion_Run_Calculation_Results.txt"); } void __fastcall TIonImpl::PropsClick(TObject *Sender) { Elem1_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem1_Info->SelText;SubInf[0][1]=InfoTemp; Elem2_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem2_Info->SelText;SubInf[1][1]=InfoTemp; Elem3_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem3_Info->SelText;SubInf[2][1]=InfoTemp; Elem4_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem4_Info->SelText;SubInf[3][1]=InfoTemp; Elem5_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem5_Info->SelText;SubInf[4][1]=InfoTemp; Elem6_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem6_Info->SelText;SubInf[5][1]=InfoTemp; Elem7_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem7_Info->SelText;SubInf[6][1]=InfoTemp; Elem8_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem8_Info->SelText;SubInf[7][1]=InfoTemp; Elem9_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem9_Info->SelText;SubInf[8][1]=InfoTemp; Elem10_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem10_Info->SelText;SubInf[9][1]=InfoTemp; Elem11_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem11_Info->SelText;SubInf[10][1]=InfoTemp; Elem12_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem12_Info->SelText;SubInf[11][1]=InfoTemp; Elem13_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem13_Info->SelText;SubInf[12][1]=InfoTemp; Elem14_Info->SelectAll();InfoTemp=Elem14_Info->SelText;SubInf[13][1]=InfoTemp; //Elasticity K_Elasticity->SelectAll(); InfoTemp=K_Elasticity->SelText; MU=InfoTemp.ToDouble(); //График концентрации внедрённой примеси GrphArea1->Canvas->MoveTo(50,250);GrphArea1->Canvas->LineTo(350,250); GrphArea1->Canvas->MoveTo(50,250);GrphArea1->Canvas->LineTo(50,20); for (i=-2;i<=2;i++) { j=(i<0) ? -i : i; GrphArea1->Canvas->MoveTo(350,250);GrphArea1->Canvas->LineTo(350-5-j,250+i); GrphArea1->Canvas->MoveTo(50,20);GrphArea1->Canvas->LineTo(50+i,20+5+j); } for (i=0;i<=280;i+=10) { GrphArea1->Canvas->MoveTo(50+i,248); GrphArea1->Canvas->LineTo(50+i,252); } for (i=0;i<=220;i+=10) { GrphArea1->Canvas->MoveTo(48,250-i); GrphArea1->Canvas->LineTo(52,250-i); } Ci_max=0; for (i=0;i<=ENum-1;i++) { Ci_max+=(IBD/sqrt(2*PI))*(SubInf[i][1].ToDouble()/100/SubInf[i][3].ToDouble()); } ResultData->Lines->Append("Максимальная концентрация внедрённой примеси:"); ResultData->Lines->Append(Ci_max); GrphArea1->Canvas->MoveTo(50,250); for (j=1;j<=300;j++) { Temp=j*ET.A*2; Ci=0; for (i=0;i<=ENum-1;i++) { Temp1=Temp-SubInf[i][2].ToDouble(); Ci+=(IBD/sqrt(2*PI))*(SubInf[i][1].ToDouble()/100/SubInf[i][3].ToDouble()*exp(-pow(Temp1,2)/(2*pow(SubInf[i][3].ToDouble(),2)))); } X_coord=Ci/1E28*10; if ((double(j)/double(5)-int(j/5))==0) ResultData->Lines->Append(X_coord); GrphArea1->Canvas->LineTo(50+j,250-int(X_coord)); } //График концентрации вакансий GrphArea2->Canvas->MoveTo(50,250);GrphArea2->Canvas->LineTo(350,250); GrphArea2->Canvas->MoveTo(50,250);GrphArea2->Canvas->LineTo(50,20); for (i=-2;i<=2;i++) { j=(i<0) ? -i : i; GrphArea2->Canvas->MoveTo(350,250);GrphArea2->Canvas->LineTo(350-5-j,250+i); GrphArea2->Canvas->MoveTo(50,20);GrphArea2->Canvas->LineTo(50+i,20+5+j); } for (i=0;i<=280;i+=10) { GrphArea2->Canvas->MoveTo(50+i,248); GrphArea2->Canvas->LineTo(50+i,252); } for (i=0;i<=220;i+=20) { GrphArea2->Canvas->MoveTo(48,250-i); GrphArea2->Canvas->LineTo(52,250-i); } Cv_max=0; for (i=0;i<=ENum-1;i++) { Cv_max+=(VInf[i][2]*IBD/(sqrt(2*PI)*VInf[i][1])); } ResultData->Lines->Append("Максимальная концентрация вакансий:"); ResultData->Lines->Append(Cv_max); GrphArea2->Canvas->MoveTo(50,250); for (j=1;j<=300;j++) { Temp=j*ET.A*2; Cv=0; for (i=0;i<=ENum-1;i++) { Temp1=Temp-VInf[i][0]; Cv+=(VInf[i][2]*IBD/(sqrt(2*PI)*VInf[i][1]))*exp(-pow(Temp1,2)/(2*pow(VInf[i][1],2))); } X_coord=Cv/1E28*4; if ((double(j)/double(5)-int(j/5))==0) ResultData->Lines->Append(X_coord); GrphArea2->Canvas->LineTo(50+j,250-int(X_coord)); } //График остаточных концентрационных напряжений GrphArea3->Canvas->MoveTo(50,20);GrphArea3->Canvas->LineTo(350,20); GrphArea3->Canvas->MoveTo(50,20);GrphArea3->Canvas->LineTo(50,250); for (i=-2;i<=2;i++) { j=(i<0) ? -i : i; GrphArea3->Canvas->MoveTo(350,20);GrphArea3->Canvas->LineTo(350-5-j,20+i); GrphArea3->Canvas->MoveTo(50,250);GrphArea3->Canvas->LineTo(50+i,250-5-j); } for (i=0;i<=280;i+=10) { GrphArea3->Canvas->MoveTo(50+i,18); GrphArea3->Canvas->LineTo(50+i,22); } for (i=0;i<=220;i+=8) { GrphArea3->Canvas->MoveTo(48,20+i); GrphArea3->Canvas->LineTo(52,20+i); } sigma_max=-2*V_atom*MU*(Vv_relax*Cv_max+Vi_relax*Ci_max); ResultData->Lines->Append("Максимальное значение остаточных концентрационных напряжений:"); ResultData->Lines->Append(sigma_max); GrphArea3->Canvas->MoveTo(50,20); for (j=1;j<=300;j++) { Temp=j*ET.A*2; Ci=0; Cv=0; for (i=0;i<=ENum-1;i++) { Temp1=Temp-SubInf[i][2].ToDouble(); Ci+=(IBD/sqrt(2*PI))*(SubInf[i][1].ToDouble()/100/SubInf[i][3].ToDouble()*exp(-pow(Temp1,2)/(2*pow(SubInf[i][3].ToDouble(),2)))); Temp2=Temp-VInf[i][0]; Cv+=(VInf[i][2]*IBD/(sqrt(2*PI)*VInf[i][1]))*exp(-pow(Temp2,2)/(2*pow(VInf[i][1],2))); } X_coord=-2*V_atom*(Vv_relax*Cv+Vi_relax*Ci)*80; if ((double(j)/double(5)-int(j/5))==0) ResultData->Lines->Append(X_coord); GrphArea3->Canvas->LineTo(50+j,20-int(X_coord)); } EndInf=1; }
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Результаты работы Программы ION_IMPLANTATION для стали Р6М5
Ion Energy : 3,204384E-16 Средний пробег ионов: 2,32613035597026E-8 Страгглинг среднего пробега ионов: 6,79506169419965E-9 Средний проецированный пробег ионов: 8,38895746733611E-9 Страгглинг среднего проецированного пробега ионов: 2,45057132736608E-9 Максимальная концентрация внедрённой примеси: 1,30236551593508E29 Максимальная концентрация вакансий: 4,42091861648541E29 Максимальное значение остаточных концентрационных напряжений: -367938963,822719 Ion Energy : 7,209864E-16 Средний пробег ионов: 5,078510843904E-8 Страгглинг среднего пробега ионов: 1,48352797212844E-8 Средний проецированный пробег ионов: 1,83151435849541E-8 Страгглинг среднего проецированного пробега ионов: 5,35019588556022E-9 Максимальная концентрация внедрённой примеси: 5,9652761494482E28 Максимальная концентрация вакансий: 9,08301934476326E28 Максимальное значение остаточных концентрационных напряжений: -185484054,22526 Ion Energy : 1,1215344E-15 Средний пробег ионов: 7,04012176741875E-8 Страгглинг среднего пробега ионов: 2,05655119978581E-8 Средний проецированный пробег ионов: 2,53894980219664E-8 Страгглинг среднего проецированного пробега ионов: 7,41674708819403E-9 Максимальная концентрация внедрённой примеси: 4,30315278807487E28 Максимальная концентрация вакансий: 4,09627015317492E28 Максимальное значение остаточных концентрационных напряжений: -137531263,764993
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (315)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |