Формирование тонких плёнок карбида бора, обогащённого изотопом 10b, при низких температурах

Ключевые слова: магнетронная нанесение плёнок, карбид бора, структура пленки, тонкоплёночный конвертер нейтронов, нейтронный детектор

Аннотация

Тонкоплёночные конвертеры нейтронов на основе карбида бора B4C, обогащённого изотопом 10В, наносимые на подложки из алюминия, алюминиевой фольги и полимерных плёнок большой площади, являются перспективным материалом для создания новых детекторов нейтронов. Нанесение пленок B4C методом магнетронного распыления на такие основания сильно осложняется необходимостью нагрева подложек до температуры 400°С и более, что может приводить к их деформации. В работе показано, что применение ионного ассистирования в процессе магнетронного осаждения B4C приводит к формированию плёнок нанокристаллической структуры, обладающих высокой прочностью и гибкостью, даже при понижении температуры подложки до 50ºС, а использование подслоя алюминия повышает адгезию. Получены тонкие плёнки B4C на подложках из алюминия 0,5х100х100мм2 и 0,5х280х400мм2 в атмосфере аргона при температуре 400, 200 и 50ºС. Исследованы структура, состав и показатель преломления по плёнкам на пластинах из кремния. Гибкость получаемых плёнок и низкая температура формирования дают возможность нанесения конвертера нейтронов из 10B4C на тонкие полимерные основания.

Keywords: magnetron deposition of films, boron carbide, film structure, thin-film neutron converter, neutron detector

Abstract

Thin-film neutron converters based on boron carbide B4C, enriched with the 10B isotope, applied to thin substrates of aluminum, aluminum foil and polymer films of a large area, are a promising material for creating new neutron detectors. The application of B4C films by magnetron sputtering on such bases is greatly complicated by the need to heat the substrates to a temperature of 400°C or more, which can lead to their deformation. It is shown that the use of ion assistance in the process of magnetron deposition of B4C leads to the possibility of forming of nano-crystalline structure films with high strength and flexibility, even when the temperature drops to 50°C, and the use of an Al sublayer increases adhesion. B4C thin films were obtained on 0.5x100x100mm2 and 0.5x280x400mm2 aluminum substrates in an argon atmosphere at temperatures of 400, 200 and 50°C. The structure, composition and refractive index of films on silicon wafers are studied. The flexibility of the resulting films and the low formation temperature make it possible to create neutron converters from 10B4C on thin polymer bases.