Твердофазные взаимодействия при термическом окислении структур Me/GaAs и MeO/GaAs (Me = Fe, Co, Ni)

• Автор: Сухочев, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 176 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР .

1.1. Окисление металлов общие положения

1.2. Особенности окисления металлов триады железа .

1.2.1. Кинетика и механизм окисления никеля

1.2.2. Особенности окисления кобальта .

1.2.3. Механизм окисления железа.

1.3. Собственное окисление арсенида галлия.

1.4. Граница раздела МеА,пВУ строение, свойства, процессы .

Глава И. МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ, ТЕРМООКСИДИРОВАНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ГЕТЕРОСТРУКТУР
МеваАБ и МсОСаА.
2.1. Исходные материалы и предварительная обработка
2.2. Обзор свойств оксидов металлов триады железа
2.2.1. Оксиды никеля
2.2.2. Оксиды кобальта
2.2.3. Оксиды железа.
2.2.4. Особенности нестехиометрии некоторых оксидов никеля, кобальта и железа
2.3. Методика формирования гетероструктур
2.3.1. Магнетронное распыление.
2.3.2. Вакуумнотермическое испарение .
2.4. Методика термического окисления структур
2.5. Методика обработки результатов
2.6. Физикохимические методы исследования
полученных структур
2.6.1. Метод измерения толщины тенок эллипсометрия.
2.6.2. Методы мониторинга морфологии поверхности
и пленки АСМ, РЭМ
2.6.3. Методы исследования химического состава
пленок РФА, ИКС, ЭОС.
2.6.4. Исследование электрофизических характеристик
полученных слоев .
Глава III. ФОРМИРОВАНИЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СЛОЕВ ТЕРМИЧЕСКИМ ОКИСЛЕНИЕМ ГЕТЕРОСТРУКТУР i Со, ПРИ МАГНЕТРОННОМ СПОСОБЕ НАПЫЛЕНИЯ
3.1. Окисление структур i.
3.2. Окисление структур Со и ii
3.3. Окисление структур и .
3.3.1. Анализ неокисленных образцов.
3.3.2. Твердофазные взаимодействия при окислении
структур и .
Глава IV. ТЕРМООКСИДИРОВАНИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР i ,
С ПЛЕНКАМИ ВАКУУМНОТЕРМИЧЕСКИ
НАНЕСЕННОГО МЕТАЛЛА
4.1. Окисление структур i
4.2. Окисление структур .
Глава V. ТВЕРДОФАЗНЫЕ РЕАКЦИИ ПРИ ТЕРМИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ ГЕТЕРОСТРУКТУР i и
ВЛИЯНИЕ ТОЛЩИНЫ ОКСИДА.
5.1. Окисление структур i и ii
5.2. Окисление структур СоО и .i.
Глава VI. МЕХАНИЗМЫ ЭВОЛЮЦИИ ГЕТЕРОСТРУКТУР
и ПРИ ИХ ТЕРМИЧЕСКОМ ОКИСЛЕНИИ
Обсуждение результатов.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Они предположили, что атомы кислорода адсорбируются на поверхности оксида и что электроны, благодаря туннельному эффекту, могут быстро проникать через топкий оксидный слой. Таким образом, в оксиде формируется значительное электрическое поле, которое способствует миграции положительных ионов к поверхности раздела оксид газ. А константа. В случае более толстых пленок на первый план выходят процессы диффузии и взаимодействия на ГР 1. Наиболее важный вклад в понимание высокотемпературного окисления металлов внес Вагнер 1,5. Он предположил, что перенос вещества через слой оксида должен осуществляться в виде ионов или электронов под действием, с одной стороны, градиента концентрации, возникающего изза изменения состава оксида по мерс удаления от поверхности раздела оксид металл и приближения к поверхности раздела газ оксид, с другой стороны под влиянием градиента электрического потенциала, возникающего изза различной концентрации зарядов, в особенности на границах раздела. При относительно толстом слое оксида градиент потенциала невелик и влияние оказывает только градиент концентраций. С этих позиций необходимо обратиться к моделям, систематизирующим те структурные дефекты в ионных кристаллах, благодаря которым осуществляется диффузия и проявляются различные типы электрической проводимости. Например, в случае реализации избытка металла против стехиометрического состава, образуются свободные электроны, что приводит к итипу проводимости рис. По условиям стабильности атомной структуры полагают, что это возможно только тогда, когда такими ионами являются ионы металлов с переменной степенью окисления, например таких, как железо, кобальт, никель особенности разупорядочения в оксидах этих металлов будут подробно рассмотрены в разделе 2. ЫЮ каждая вакан Рис. Ы, занимающими ближайшие узлы решетки. Модель, приводящая к такому же результату анионы в междоузлии рис. Ионная проводимость в этом случае не существенна, в качестве носителей заряда рассматриваются связанные электроны, перескакивающие с нормального катиона к катиону с ненормально высокой для данного элемента степенью окисления ртип. Таким образом, согласно классическим представлениям, скорость реакции в общем случае определяет объемная диффузия реагирующих ионов или соответствующих точечных дефектов или перенос электронов через растущий плотный слой оксида 1, 2. Считается, что электроны и ионы диффундируют независимо друг от друга. Так как скорость определяется диффузией, то реакции на границах раздела считаются протекающими быстро. Движущей силой реакции является изменение свободной энергии, связанной с образованием оксида из металла и кислорода, в результате чего в оксиде возникают градиенты концентраций компонентов 4. Авогадро, постоянная Фарадея, е заряд электрона, валентность анионов, г числа переноса частиц сорта К катионов, Л анионов, е электронов, ix химический потенциал неметалла кислорода на внутренней границе раздела фаз оксидметалл, хах химический потенциал неметалла кислорода на внешней границе раздела фаз газоксид. Теория Вагнера применима для относительно толстых слоев с толщиной пленки более 1 . Она предполагает установление градиента концентрации в оксиде, который является решающим фактором, контролирующим скорость роста 5. Во всех предыдущих классических работах не рассматривалось строение и поведение межфазной границы во время роста пленки в зависимости от характера системы пленкаметалл и природы растущего слоя. Попытка провести такой анализ на основе квазихимического подхода была сделана относительно недавно в 6, при этом учитывалось влияние химического окружения на ползучесть и скорость растрескивания при средних температурах 0 С. Авторами отмечается, что сохранение узлов решетки подразумевает, что все катионные вакансии, диффундирующие к ГР оксидметалл, аннигилируют там посредством подъема интерфейсных дислокаций несоответствия. Следовательно, ГР оксидметалл служит идеальным местом стока всех катионных вакансий и, таким образом, лишена всякого рода напряжений и может перемещаться свободно.