Кинетика формирования наноструктур при вакуумной конденсации металлов на поверхность с развитой морфологией

• Автор: Омороков, Дмитрий Борисович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 97 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА Г КИНЕТИКА ОБРАЗОВАНИЯ И ОРИЕНТАЦИЯ

ТОНКИХ ПЛЕНОК (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1: Электронно-микроскопическое исследование

начальной стадии образования тонких; пленок

1.2 Количественное описание кинетики.формирования . конденсата. Метод кинетических уравнений.

1.3 Кинетика роста свободных островков >

1.3; 1 Рост изолированного островка

1.3.2 Рост островков в ансамбле

1.4 Критическая толщина тонкой пленки
1.5 Процессы зарождения островков
на гранях ионных кристаллов»
1.6’Механизм ориентированного роста
и дефекты кристаллического строения»
1.7 Особенности эпитаксиального роста, . определяемые точечными дефектами 28;
1.8 Заключение. Постановка задачи исследования 30 ГЛАВА 2 КИНЕТИКА ФОРМИРОВАНИЯ НАНОПРОВОЛОКИ
В ПРОЦЕССЕ ВАКУУМНОЙ КОНДЕНСАЦИИ МЕТАЛЛОВ НА ПОВЕРХНОСТЬ КРИСТАЛЛА
Введение
2.1 Методика расчета кинетики диффузионных процессов
2.2 Результаты расчетов
2.3 Вывод к главе 2 43' ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНОЙ
ДИНАМИКИ ОРИЕНТАЦИИ ДИСКРЕТНЫХ НАНОСТРУКТУР НА ПОВЕРХНОСТИ
ИОННЫХ КРИСТАЛЛОВ
Введение
3.1 Методика компьютерного эксперимента 4
3;2 Результаты и обсуждение

3.3 Выводы к главе 3
ГЛАВА 4 КИНЕТИКА ЗАПОЛНЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗОЙ ПОВЕРХНОСТИ
С ОТКРЫТОЙ ПОРИСТОСТЬЮ
Введение
4.1 Кинетика диффузионных процессов
4.2 Результаты расчетов
4.3 Сравнение результатов расчетов
с экспериментальными данными
4.4 Выводы к главе 4
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Понижение размерности может приводить к существенному изменению свойств материалов. Достаточно давно известно, что свойства малых частиц вещества в значительной степени отличаются от свойств массивного материала. С другой стороны, макроскопический объемный материал, имеющий нанокристаллическую структуру, приобретает целый ряд свойств, которые невозможно получить в материалах других (поли-кристаллической и даже монокристаллической) структур. Магнитные, сверхпроводящие, полупроводниковые, механические и другие свойства для материалов, находящихся в макроскопическом объеме, достигли своих максимальных значений, и очень трудно добиться улучшения каких-то характеристик за счет более совершенной технологии или изменения концентрации составляющих элементов. Дальнейший прогресс в получении материалов с новыми свойствами связан с такими изменениями в структуре, которые оказывают влияние на свойства, характерные для макроскопических объектов. В настоящее время первостепенное значение имеют фундаментальные исследования, направленные на создание принципиально новых технологических процессов и продуктов. Поэтому нанотехнология (т.е. технология объектов нанометрового масштаба) стала приоритетным направлением исследований. Возможно, нанотехнология сможет усовершенствовать некоторую часть морально устаревших и неэффективных процессов производства, но все-таки ее главное место - в новых областях, в которых традиционными методами невозможно достигнуть требуемых результатов.
Образование периодически упорядоченных структур на поверхности и в эпитаксиальных пленках металлов и полупроводников охватывает широкий круг явлений в физико-химии твердого тела. Актуальность исследований в данной области обусловлена необходимостью получения наноструктур с характерными размерами 1-100 нм.
Наноструктуры представляют самостоятельный фундаментальный научный интерес как объекты для изучения размерной зависимости структуры и свойств материалов. В то же время современные технологии позволяют реализовать размерный эффект свойств в конструкционных материалах суб-структурного дизайна, что, в свою очередь, требует знания закономерностей формирования компактных наноструктур.

а - число захвата адатомов активным центром, которое определяется количеством мест адсорбции, занятых куполообразным островком с учетом мест адсорбции в самой зоне захвата.
Коэффициент диффузии определяется выражением:
1-2 I Е<
Б = -а-ут1ехр1-^-|, (2.3)'
где V - частота тепловых колебаний;
Еа - энергия активации поверхностной диффузии, ц - вероятность того, что новое место адсорбции диффундирующего атома свободно. Так как число мест адсорбции значительно превышает число атомов на подложке, то практически г) = 1.
Начальные и граничные условия для уравнения (2.2) являются следующими:
с(х,0)'= 0 (в начальный момент времени концентрация конденсированных атомов на подложке равна нулю);
с(0,1) = с(Ь,ф — 0 (концентрация адатомов на ступенях равна нулю в течение всего времени конденсации); Ь - расстояние между ступенями.
Методика решения уравнений, подобных (2.2), изложена в [135]. Решение имеет следующий вид:

(2-4)
Время формирования нанопроволоки 1кр рассчитывают как время образования полусферических островков на ступени до начала их коалесценции. Для его нахождения приравняем объем полусферического островка на ступени в момент, когда он соприкоснется с соседями, и суммарный объем атомов, которые его образуют. Поскольку конденсируемое золото имеет ГЦК решетку, то на одну элементарную ячейку приходится четыре атома. Поэтому
4 з а3-<
б”'Г-”"-4-Ы„1ф.у' (2-5)
где О - число атомов, достигших ступени;