2. Методика эксперимента

Объектом исследования служит пластина кремния марки КДБ-1 с толщиной ~0,5 мм (производство Германия) и серийные кремниевые диоды КД907Г-1. Пластины кремния имели стандартную обработку граней – «рабочая» сторона полирована и химически протравлена, обратная – шлифованная. Облучение всегда проводилось с обратной стороны, а измерение микротвердости Н – на «рабочей» (лицевой) стороне. Микротвердость измерялась на приборе ПМТ-3 при нагрузке на индектер 70 гр. при каждом измерении для статистики проводилось 5 наколов, на каждом из них измерялись по 2 раза длины двух диагоналей отпечатка. Таким образом, в каждом эксперименте получали 20 значений длин, из которых рассчитывалось среднее значение. Измерения осуществлялись с использованием фотокамеры. Микроизображения поверхности отпечатками отображались на мониторе компьютера, с помощью которого проводились позиционирование нижней линзы объектива и фиксация значений длин с последующим перерасчетом в микротвердость по формуле:

,

где m(г) – масса нагрузки (70 г ); l – «длина» диагонали отпечатка в пикселях (pixl), коэффициент 6, 41 связан с пересчетом длины диагоналей из пиксилей в микрометры, а коэффициент 18, 54 связан с пересчетом величин, входящих в формулу, в величину микротвердости (в ГПа).

При измерениях некоторые отпечатки индентора (попадающие в области крупных скоплений дефектов) имели неправильную форму. Такие отпечатки отбраковывались, и в этом случае делались дополнительные отпечатки.

Как показали многочисленные опыты, при соблюдении данным оператором единой методики измерений статистический разброс значений Н не превышает 2%. Чтобы иметь запас надежности, мы считали значимыми относительные изменения Н, превышающие 3%.

При облучении светом образцов использовалась лампа накаливания от осветителя к микроскопу мощностью 20 Вт. Лампа находилась в стандартном кожухе. Интенсивность регулировалась расстоянием между нитью лампы и образцом, которое составляло r =7,0 см. Нить лампы была всегда расположена параллельно поверхности образца и имела длину Z=6 мм. Поэтому, при определении интенсивности j источник света можно было считать точечным лишь приближенно. Относительная систематическая ошибка j , связанная с конечной длиной нити лампы, определяется из геометрического соотношения:

(1)

(Т.к. интенсивность светового потока пропорциональна 1/)JKKLHG

Образцы во время облучения находились на массивном металлическом блоке, при этом, как показали оценки и измерения, стационарный нагрев не превышал 2-3 °С.

Для изучения ЭД в системе «кремний- водный раствор NaCl» использовалась кювета цилиндрической формы (по образцу применяемой в медико-биологических исследованиях), изготовленная из фторпласта. Диаметр кюветы 50 мм (рис. 3 ), толщина стенок 1 мм и толщина внутреннего пространства сосуда -5 мм. Кювета целиком заполнялась раствором NaCl. Образцы (облучаемый и детектор ) кремния марки КДБ-1 располагались в требуемых позициях на крышке кюветы и под ней (против облучаемого). При этом образец – детектор располагался во время облучения другого образца в тени, на разных расстояниях от облучаемого, и для лучшего контакта с крышкой слегка прижимался к ней. Микротвердость после воздействия измерялась на нижней стороне образца-детектора.

Рис. 3. Система «кремний- водный раствор NaCl». 1- кювета, 2-водный раствор, 3-облученный светом образец, 4-образцы-детекторы, 5-граница света и тени.

В нашей работе была так же выполнена серия экспериментов, в которых для возбуждения эффекта дальнодействия использовались кремниевые диоды, находящиеся в плотном контакте с крышкой кюветы. Диоды прижимались к крышке кюветы базовой поверхностью (на ней отсутствовали какие-либо покрытия, кроме ЕО) с помощью специального пружинного приспособления, а измерение микротвердости проводилось (сразу после воздействия) на обеих сторонах образца -детектора, расположенного непосредственно напротив диодной платы.

В качестве диодов использовался промышленный чип «КД907Г-1» (импульсный диод) размером 0,7х0,7 мм², на котором имелись 4 планарных p-n перехода (диаметром ~300 мкм) с общей базой (рис. 4).

Рис. 4. Структура диодного чипа КД.

Все 4 диода были соединены параллельно (Электрическая схема соединения диодов и подключений их к источнику питания представлена на рис. 5), и во время воздействия через них пропускался суммарный прямой ток I=0,25 мА при U≈0,3 В в течение ~1 с (мощность W≈0,75х10^-4 Вт, выделенная энергия Е≈0,07 Дж, плотность мощности J=I*U/S= 10^-1 Вт×см^-2, где S – суммарная площадь p-n четырех переходов).

Рис. 5. Электрическая схема соединения диодов

Заметим, что величина J в этом случае приблизительно на один порядок величины выше, чем при облучении светом (J_л), когда она составляла J_л≈W_л/4πr² , где W_л – мощность лампы, расходуемая на излучение света (10 Вт), r – расстояние от лампы до образца (7 см), т.е. J_л≈0,02 Вт/см². Хотя температуру диодов при подаче на них тока определить затруднительно, можно считать, что она за счет выделения джоулева тепла может быть значительно выше, чем при облучении светом (когда температура образца не превышала 1-2^оС).