Кинетика кластерообразования при вакуумной конденсации металлов из одно- и двухкомпонентного пара

• Автор: Андрусевич, Дмитрий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 98 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Е ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ЗАРОЖДЕНИЯ И РОСТА ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НА РАННИХ СТАДИЯХ КОНДЕНСАЦИИ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Теоретические модели зарождения и роста вакуумных конденсатов

1.1.1 Квазиравновесные молекулярные теории

1.1.2 Микрокинетические теории конденсации

1.1.3 Метод Кикучи

1.2 Зарождение и рост вакуумных конденсатов на поверхностях кристаллов, содержащих активные центры зарождения

1.3 Заключение. Постановка задачи исследования

2. ОБРАЗОВАНИЕ И РОСТ КЛАСТЕРОВ МЕТАЛЛОВ ПРИ ВАКУУМНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ИЗ ОДНОКОМПОНЕНТНОГО ПАРА НА ИДЕАЛЬНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ КРИСТАЛЛА
2.1 Теоретическая модель
2.2 Результаты расчетов
2.2.1 Влияние параметров конденсации на процесс образования и роста кластеров тонких металлических пленок на стадии, предшествующей коалесценции
2.2.2 Диссоциация малых кластеров
2.2.3 Изменение плотности адатомов после прекращения потока атомов из пара
2.2.4 Учет подвижности малых кластеров
2.2.5 Разделение областей островкового и псевдослоевого роста в координатах скорость конденсации-температура
3. ОБРАЗОВАНИЕ И РОСТ КЛАСТЕРОВ МЕТАЛЛОВ ПРИ ВАКУУМНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ИЗ ОДНОКОМПОНЕНТНОГО ПАРА НА ПОВЕРХНОСТЬ КРИСТАЛЛА, СОДЕРЖАЩУЮ АКТИВНЫЕ ЦЕНТРЫ
ЗАРОЖДЕНИЯ
3 Л Теоретическая модель
3.2 Результаты расчетов
4. КИНЕТИКА ЗАРОЖДЕНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПО РАЗМЕРАМ
КЛАСТЕРОВ МЕТАЛЛОВ ПРИ ВАКУУМНОЙ КОНДЕНСАЦИИ ИЗ
ДВУХКОМПОНЕНТНОГО ПАРА
4.1 Теоретическая модель
4.2 Результаты расчетов
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Один из путей создания наносистем - вакуумная конденсация из паровой фазы, поскольку при реализации соответствующего механизма роста сконденсированной фазы имеется возможность формирования дискретных наноструктур на поверхности твердого тела. Квантоворазмерные гетероструктуры обеспечивают возможность перехода на качественно новый уровень в твердотельной электронике, металлические кластерные системы используются в создании высокоэффективных катализаторов и т.д.
Дискретные наноструктуры на поверхности твердого тела как начальные стадии роста пленок, безусловно, во многом определяют их субструктуру на стадии наступления сплошности. Эти обстоятельства, а также недостаток сведений о закономерностях образования, роста и распределения по размерам многоатомных кластеров однокомпонентных конденсатов, практически полное их отсутствие для двухкомпонентных конденсатов обуславливают актуальность работы.
Как огромное число возможных комбинаций систем конденсат-подложка, так и многочисленные вариации получаемой структуры в зависимости от параметров конденсации даже в пределах одной системы сильно усложняют выбор технологического режима получения тонких металлических пленок с заданными свойствами. Эмпирический способ такого выбора не всегда выгоден как с экономической точки зрения, так и с точки зрения временных затрат на проведение промежуточных экспериментов. Исследуя кинетику кластерообразования и ранней стадии роста пленок металлов, можно получить сведения о механизме их роста и структуре на стадии сплошности. Непосредственное наблюдение малых кластеров (размера от одного до нескольких сотен атомов) весьма затруднительно, а между тем именно ранние стадии конденсации закладывают основы формирования структуры тонкой пленки. Поэтому расчет закономерностей зародышеобразования и роста

ром отмечено, что при низкотемпературной конденсации Аи на ЫаС1 с высокой скоростью реализуется флуктуационное зародышеобразование.
Льюис и Жордан [15, стр.67] модифицировали теорию Льюиса и Кемпбелла применительно к случаю роста на поверхности, содержащей два типа позиций: позиции, плотность которых Ко-Ыа - соответствующие плотности мест адсорбции на идеальной поверхности; N<1 - позиции, связанные с дефектами различной природы. Допускается, что энергия связи адатомов в дефектной позиции выше на некоторую величину Еа и значения энергий активации адсорбции и поверхностной диффузии будут равны соответственно Еадс+ Ес1 и ЕдИф+ Е(1. Поступающие из пара атомы попадают в позиции обоих типов, причем в состоянии термодинамического равновесия их плотность в более глубоких дефектных позициях выше.
Вероятность десорбции за время диффузионного пробега для дефектных позиций равна:
Полная плотность адатомов в позициях обоих типов определяется интенсивностью потока Е и средней скоростью диффузионного прыжка и=М0/ т:
где Рп - вероятность зарождения; Рс - вероятность захвата.
Время прыжка т равно сумме времен для переходов из нормальных и дефектных позиций.
Анализируя экспериментальные результаты по скорости зарождения, с помощью теории Льюиса и Жордана удавалось получать информацию о параметрах N4 и Едаф+ Еа.
Дорфман [15, стр.81; 39; 40] применил метод кинетических уравнений для случая, когда возможно образование дефектов типа двойников. Двойники могут образовываться в силу того, что адсорбированные атомы могут занимать позиции, соответствующие некогерентной достройке решетки. В модели Дорфмана поверхность кристалла-подложки представлялась в виде набора

{Ра+Рп +Рс)»’