21 Механізми конденсації плівок, їх узагальнена діаграма

21 Механізми конденсації плівок, їх узагальнена діаграма

Структура плівки дуже сильно залежить від таких параметрів конденсації, як температура та матеріал підкладки, швидкість осадження, ступінь вакууму, дефектність поверхні підкладки тощо. З усіх названих факторів, очевидно, найбільше впливає температура підкладки. Як показано в роботах наших фізиків Л.С.Палатника, Ю.Ф.Комника, В.М. Косевича, М.Т. Гладких, Б.О. Мовчана, А.В. Демчишина та деяких зарубіжних, при певних характерних температурах підкладки відбувається зміна механізму конденсації, форми росту та кінетики утворення, що обумовлює зміну структурних та фізичних властивостей.

Уявлення про різні механізми конденсації було розвинено у серії робіт Л.С.Палатника та Ю.Ф.Комника, які були опубліковані в 1960-х роках. При конденсації плівки на нейтральну (аморфну) підкладку експериментально спостерігалися такі механізми конденсації:

НАСИЧЕНА ПАРА ® КРИСТАЛ (П®К) при Тп < Q1 ,

НАСИЧЕНА ПАРА ® РІДИНА(® КРИСТАЛ)(П® Р(®К)) при Тп > Q1.

Температура Q1 приблизно дорівнює (2/3)Тs, де Тs - температура плавлення матеріалу підкладки. При переході через граничну температуру Q1 оптична густина плівки зменшується у декілька разів, зовнішній вигляд конденсатів також різний: при Тп > Q1 вони матові. Електронно-мікроскопічні та оптичні дослідження показали, що плівки, одержані при Тп < Q1, складаються із плоских кристаликів з явно вираженим габітусом (огрануванням), а при Тп > Q1 - зі сферичних частинок (рис.2.1). Ці спостереження дозволяють зробити висновок, що великі сферичні частинки були рідкими краплями, які при кристалізації перетворилися в полікристалічні частинки. Подальші дослідження Ю.Ф. Комника процесу конденсації плівки безпосередньо в колоні електронографа підтвердили висновок про два механізми конденсації. У таблиці 2.1 наведені значення Q1 та Q1/Ts для плівок різних металів, із яких випливає, що Q1=(2/3)Ts на нейтральних підкладках і дещо більше (2/3)Ts на кристалічних. Але незалежно від цього значення температур, із

 

Рисунок 2.1 - Мікроструктура плівок олова при конденсації за механізмом П®К (а) та П ®Р (®К) (б) за різної товщини. Електронно-мікроскопічне збільшення –яких починається стадія утворення рідкої фази, значно нижчі від величини Тs..

Фізичне трактування ефекту Q1 спочатку ґрунтувалося на уявленні про двовимірне плавлення плівки, на що потрібно витрачати енергію, близьку до (2/3)Qпл (Qпл - теплота плавлення), але Ю.Ф.Комник показав, що причина виникнення рідкої фази дещо інша. Він пов'язує її із залежністю температури плавлення малих кристаликів від їх розмірів (або радіуса при сферичній формі кристалика).

У процесі дослідження механізмів конденсації була висунута гіпотеза, яка знайшла експериментальне підтвердження, про існування другої граничної температури Q2=(1/3)Ts, нижче якої має місце такий механізм конденсації:

НАСИЧЕНА ПАРА® ПЕРЕОХОЛОДЖЕНА РІДИНА (АМОРФНА ФАЗА) (П®Р(® А)).

Більш детальні дослідження Л.С. Палатника та М.Т. Гладких показали, що при температурах Q1 і Q2 існують інтервали DQ1 і DQ2 шириною 20-40 градусів, у яких відбувається мікрогетерогенна конденсація, тобто мають місце два механізми конденсації. Всі результати дослідження механізмів конденсації можна узагальнити у вигляді діаграми, поданої на рисунку 2.2.

 

Рисунок 2.2 - Узагальнена діаграма механізмів конденсації

Необхідно підкреслити таке. Незважаючи на те, що думка про механізм конденсації П®Р(®А) є загальноприйнятою, прямими експериментальними методами (наприклад, при осадженні в колоні електронного мікроскопа чи електронографа) вона не підтверджена. Тому можна вважати, що в цьому випадку, як і при осадженні плівок тугоплавких металів, має місце більш простий механізм:

П ® А. Цей висновок базується на основі уявлень Ю.Ф. Комника про можливість беззародкового механізму утворення плівки при низьких температурах підкладки. У