Экстремумы свойств тонкопленочных разбавленных твердых растворов на основе железа и никеля на монокристаллическом кремнии

• Автор: Ветрова, Елена Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 174 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
ГЛАВА 1. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, НИКЕЛЯ И ИХ ОКСИДОВ

1.1 Железо и никель, их свойства и соединения

1.1.1 Строение атомов железа и никеля

1.1.2 Физикохимические свойства железа и никеля

1.1.3 Диаграмма состояния РеМ

1.2 Методы получения и формирования тонких пленок

1.2.1 Краткая характеристика методов получения тонких пленок

1.2.1.1 Термическое испарение пленок в вакууме

1.2.1.2 Ионное распыление

1.2.2 Особенности кристаллической структуры тонких пленок
1.2.3 Влияние дефектов свободной поверхности на свойства металлов и сплавов
1.2.3.1 Роль дефектов атомнокристаллического строения в формировании свойств металлов
1.2.3.2 Влияние свободной поверхности на распределение точечных дефектов в металле
1.3 Окисление металлов. Окисление железа, никеля и их сплавов.
1.3.1 Законы роста оксидных пленок
1.3.1.1 Линейный закон роста пленок
1.3.1.2 Параболический закон роста пленок
1.3.1.3 Сложные законы роста пленок
1.3.2 Факторы, влияющие на скорость окисления
1.3.2.1 Зависимость скорости окисления от температуры
1.3.2.2 Влияние давления и состава газа на скорость окисления
1.3.3 Образование и рост оксидной фазы на поверхности металла
1.3.3.1 Краткая характеристика основных стадий взаимодействия с поверхностью металла. Кинетика островкового роста оксидной фазы
1.3.3.2 Применение модели решеточного газа для процессов окисления металлов
1.3.3.3 Определение закона изменения толщины образующейся оксидной пленки от времени
1.3.4 Кинетика и механизм окисления железа. Диаграмма состояния РеО
1.3.4.1 Оксидные пленки на поверхности железа
1.3.4.2 Основные принципы окисления железа
1.3.4.3 Окисление железа с учетом образования пор, трещин и пузырей.
1.3.5 Окисление никеля. Диаграмма состояния системы
1.3.6 Процесс окисления металлических сплавов на основе железа и никеля. ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Синтез пленок железа, РеМ и МРе методом магнетронного напыления
2.2 Методика приготовления составной мишени
2.3 Оксидирование тонких пленок в печи резистивного нагрева
2.4 Характеристика эллипсометрического метода
2.5 Методика измерения электрофизических свойств тонкопленочных твердых растворов
ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТАХ
3.1 Анализ состава образцов
3.2 Определение качества поверхности пленок
3.3 Оксидирование тонких пленок железа и твердых растворов железа с никелем в потоке кислорода при атмосферном давлении
3.3.1 Кинетика оксидирования тонких пленок железа
3.3.2 Кинетика оксидирования тонких пленок Ре и МРе
3.4 Изучение фазового состава окисленных пленок
3.5 Термодинамический анализ протекания возможных химических превращений при окислении железных и железоникелевых пленок
3.6 Изучение аномалий некоторых характеристик железоникелевых пленок
3.6.1 Аномальные свойства системы РеЬЛ
3.6.2 Аномальные свойства системы ЛРе
3.7 Физикохимическая модель возникновения особых свойств тонких пленок твердых растворов железоникель
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Оптические параметры пленок железа, РеРЛ и Ре
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Дифрактограммы окисленных образцов железа
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Дифрактограммы окисленных образцов РеРЛ
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Дифрактограммы окисленных образцов Ре
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Диаграмма состояния системы РеЬН представлена на рис. Следует отметить, что до настоящего времени нет единого представления о диаграмме РеЫн Хотя диаграммы в общем схожи, они также имеют и существенные различия. Так, например, на приведенной диаграмме отсутствует область соединения. Ре3Ы1, имеющее место в работе 9. Имеются также незначительные различия в интервалах температур, описывающих ту или иную область. С и низких температурах ниже 0 С. При высоких температурах система РеЫ1 характеризуется существованием непрерывного ряда твердых растворов от г. Ре до г. Ын Линии ликвидус и солидус, характеризующие фазовое равновесие с 5 Ре, плавно понижаются от перитектической горизонтали при С 9 С 7 до минимального значения, лежащего при температуре С в интервале концентраций ат. Ы1 9 или в интервале ат. Ыц согласно работе 8. Перитектическую реакцию, соответствующую этому процессу можно представить следующим образом Ж 5,3 ат. Ы1 5 Ре 4,1 ат. Ы1 уРе 4. ЫЦ. Автор 9, ссылаясь на работы Хьюмана и Карстена, утверждает, что уРе, Ы1 распадается в соответствии с эвтектоидной реакцией при 5 С и ат. Ы1 с образованием аРе и РеЫ. Рис. Сплавы е, содержащие ат. РИ, склонны к раслоению на две г. Кауфман связывает этот эффект инвара с двумя типами уфазы железа 9. АиСи3 должны присутствовать фазы РеР со сверхструктуро типа АиСи и Ре3Р, предположительно тоже с упорядоченной структурой. Молекулярнолучевая эпитаксия. В данной работе пленки получали одним из способов вакуумной технологии магнетронное распыление, вследствие, чего остановимся на рассмотрении именно методов получения пленок в вакууме. При нанесении тонких пленок используют два метода генерации потока частиц в вакууме термическое испарение и ионное распыление рис. Диодные системы часто называют системами катодного распыления. Разновидностью магнетронного распыления является ионнолучевое или реактивное распыление. Рис. Этот метод основан на нагревании веществ металла или сплава в вакууме в специальных испарителях до температуры, при которой начинается заметный процесс испарения, и последующей конденсации паров вещества в виде тонких пленок на поверхности пластинки подложки . Качество и прочность пленок в большей степени зависят от чистоты подложки. Поэтому поверхность подложки предварительно полируется и тщательно очищается. Часто во время напыления подложка нагревается при помощи специального нагревателя до температуры С. Это приводит к значительному уменьшению внутреннего напряжения в пленке и улучшению ее сцепления с подложкой . Подложки могут быть изготовлены из стекла, кварца, слюды и немагнитных материалов. Таким образом, с помощью маски можно придавать пленкам размеры и форму. При использовании этого метода к вакууму предъявляют следующее требование вакуум должен быть таким, чтобы атомы металла не сталкивались с молекулами остаточного газа при своем движении к подложке, то есть их траектория должна быть прямолинейной . Это условие выполняется если в камере создается давление порядка мм. Нагрев электропроводящего тела, обладающего высоким электрическим сопротивлением при прохождении через него электрического тока, называют резистивным. Достоинства резистивного нагрева высокий КПД, низкая стоимость оборудования, безопасность в работе и малые габаритные размеры. Недостатки данного метода возможность загрязнения наносимой пленки материалов нагревателя чтобы свести это к минимуму в качестве испарителей используют тугоплавкие металлы вольфрам, тантал, молибден, а также малый ресурс работы изза старения нагревателя . Другой разновидностью термического испарения является электроннолучевой нагрев. Принцип электроннолучевого нагрева состоит в том, что кинетическая энергия потока ускоренных электронов при бомбардировке ими поверхности вещества превращается в тепловую энергию, в результате чего оно нагревается до температуры, испарения. Преимущество этого метода перед предыдущим состоит в том, что исключается попадание испаряемого материала на катод и загрязнение наносимых пленок материалом катода, который в процессе работы также испаряется.