Поверхностные процессы и соединения при взаимодействии атомов неметаллов с тугоплавкими металлами

• Автор: Галль, Николай Ростиславович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 329 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. РОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ И ОБЪЕМА ТВЕРДОГО ТЕЛА В ПРОЦЕССАХ, СОПРОВОЖДАЮЩИХ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНУЮ АДСОРБЦИЮ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ АТОМОВ.

1.1 Поверхность как особое состояние твердого тела.

1.1.1. Поверхностные фазы.

1.1.2 Термодинамическое и статистическое рассмотрение поверхности.

1.1.3.Термодинамические различия между поверхностными и объемными химическими соединениями.

1.2 Физико-химические свойства элементов, используемых как адсорбаты

1.2.1. Кремний.

1.2.2. Углерод.

1.2.3. Халькогены.

1.2.4. Элементы V группы.
1.2.5. Алюминий и никель.
1.3 Физико-химические свойства металлов, используемых как подложки.
1.4. Критерии температурного ранжирования протекающих процессов: диффузионная способность, реакционная способность, прочность связи атомов адсорбата с подложкой.
1.4.1. Низкие температуры: рост неравновесных пленок адсорбата.
1.4.2. "Средние температуры": рост объемных химических соединений.
1.4.3. "Высокие температуры": рост поверхностных химических соединений и растворение атомов адсорбата в объеме подложки.
1.4.4. "Очень высокие температуры": термодесорбция.
1.4.5. Температурное ранжирование в многокомпонентных системах.
1.4.6. Приложение температурного ранжирования к иерархии поверхностных процессов в системах металл - атомы неметалла.
1.5 Краткое содержание и выводы. Постановка задачи диссертации.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СВОЙСТВ АДСОРБИРОВАННЫХ СЛОЕВ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ.
2.1. Основные методы изучения поверхности - их сравнительные достоинства и недостатки.
2.2 Высокотемпературная Оже-спектроскопия на базе электронного Оже-слектрометра с призменным анализатором.
2.2.1. Особенности конструкции Оже-спектрометра с призменным энергоанализатором.
2.2.2. Измерение относительных концентраций
адсорбатов
2.2.3. Измерение абсолютных концентраций
адсорбатов
2.3 Работа выхода и методы ее измерения.
2.3.1. Определение работы выхода для целей диагностики поверхности
2.3.2 Методы измерения работы выходы поверхности 2.4.0пределения каталитической активности адсорбированных слоев.
2.5 Методы очистки и регенерации металлических подложек для адсорбционных экспериментов. Критерии чистоты поверхности и объема подложки.
2.6. Методы нанесения адсорбатов без нарушения сверхвысоковакуумных условий.
2.7. Использование низкотемпературных пленок адсорбатов как референтных адсорбционных состояний в высокотемпературных исследованиях.
2.7.1. Многослойные пленки кремния [31, 49, 56, 62,
71,72].
2.7.2. Низкотемпературные пленки углерода [107,
229].
2.7.3. Низкотемпературные многослойные пленки алюминия и никеля.
2.8. Абсолютные калибровки потоков адсорбатов и поверхностных покрытий.
2.6.1. Определение абсолютных концентраций углерода из различных адсорбционных состояний [80, 84, 86, 87, 106, 230, 231].
2.8.2. Определение абсолютных величин потоков атомов кремния [49]
2.9. Метод изучения десорбции с помощью ЭОС [31, 71, 233, 234, 235]
2.10. Изучение структуры поверхности с помощью методов сканирующей микроскопии с атомным или близким к атомному пространственным разрешением (СТМ и АСМ).
2.11 Заключение и краткие выводы.

Представлялось несомненным, что подобное сходство должно было отразиться и в поведении адсорбционных слоев таких металлов (N1, А1, ...) на поверхности тугоплавких металлов. В частности, можно было ожидать образования ПХС и определенного сходства свойств таких соединений со свойствами поверхностных силицидов, карбидов и сульфидов. Несмотря на огромные различия в физико-химических свойствах таких материалов, как Эр № и А1, в свойствах атомов этих элементов имеется весьма значительное сходство. Эти атомы весьма близки по своим размерам [111], имеют схожие диффузионные параметры в кристаллических решетках переходных металлов [24], а образуемые ими силициды, алюминиды, и интерметаллиды имеют очень значительное структурное сходство [3, 24, 155, 158, 159]. Сведения о параметрах атомов 8р А1 и № приведены в Таблице 1.1. Адсорбция алюминия на поверхности ряда тугоплавких металлов изучалась в работах [160-170].
1.3 Физико-химические свойства металлов, используемых как подложки.
Тугоплавкие металлы играют важную роль в различных областях техники, начиная от производства электрических лампочек и вплоть до аэрокосмической техники. Практическая важность привела к широким исследованиям свойств таких металлов и обширнейшей библиографии (смотри, например [24, 75]). Свойства поверхности таких металлов таюке хорошо изучены и являются классическими подложками для изучения процессов адсорбции еще со времен И Лэнгмюра [171-172]. К тугоплавким обычно относят переходные металлы IV - VIII групп периодической системы, которые кристаллизуются в виде ОЦК (гг, ГИ, N6, Та, Мо, УМ), ГПУ (Ие) или ГЦК (1г) решеток [109]. При использовании монокристаллов можно выводить на поверхность любую кристаллографическую грань, однако при прогреве большинство граней оказываются неустойчивыми и распадаются на фасетки [173]. При использовании катанных фолы высокотемпературный прогрев приводит