Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Procenco_Tehnolohiya_oderzhannya.doc
Скачиваний:
11
Добавлен:
04.05.2019
Размер:
13.56 Mб
Скачать

19 Уявлення про адатом, кластер та критичний зародок

В усіх відомих теоріях утворення металевої плівки із насиченої пари (вакуумне напилення чи газотранспортна реакція) першим етапом вважається зіткнення атомів пари з підкладкою. У результаті такого зіткнення вони передають частину своєї енергії, й упродовж певного проміжку часу p, названого часом релаксації, відбувається встановлення термодинамічної рівноваги адсорбованого атома (адатома) з підкладкою. Якщо адатом у процесі поверхневої дифузії не приєднається до іншого адатома або їх скупчення, то він, ревипарувавшись, залишить підкладку, оскільки має достатньо велику нормальну (перпендикулярну до площини підкладки) складову імпульсу. Деякі атоми, маючи велику кінетичну енергію, миттєво відбиваються від підкладки, як світло від дзеркала. Час адсорбції адатома визначається за формулою

а= 0(Т)exp(Ea/kT), (2.1)

де 0 - величина порядку 10-13 с; Еa - енергія адсорбції атома; а є величиною порядку 0. Тому деякі атоми можуть дуже швидко закріпитися на підкладці або в процесі поверхневої дифузії, як уже зазначалося, приєднатися до інших адатомів. Комплекси із декількох адатомів (їх називають кластерами) - термодинамічно нестійкі утворення. Тому якщо кластери перебувають в не вигідному для подальшого росту стані, то вони розпадатимуться. Разом з цим їх велика частина буде приєднувати адатоми і збільшувати розміри до так званого критичного зародка. Це такий комплекс із атомів, який має мінімальну термодинамічну стійкість. Приєднання наступного адатома до нього робить його стійким (зменшується відносний вклад вільної поверхневої енергії в загальну енергію зародка завдяки зменшенню відношення його площі до об'єму). Подальший ріст критичного зародка приводить до утворення стійкого острівця металевої плівки.

Ю.Ф.Комник звернув увагу на те, що зародковий механізм утворення плівки не універсальний, оскільки не спостерігається в граничних випадках. Так, наприклад, при низьких температураха>>kТ) імовірність ревипаровування wа-1 виявиться дуже малою величиною. Поряд із цим і дифузійна рухливість адатомів буде також незначною, в результаті чого окремий адатом являтиме собою критичний зародок. Підкреслимо, що умова Еа>>kТ виконується не тільки при низьких температурах, а й при нормальних, якщо конденсація відбувається на споріднений метал (адатоми відтворюють підкладку без проміжної стадії утворення критичного зародка). Сказане проілюструємо числовими розрахунками. Якщо вважати, що критичний зародок знаходиться на скляній підкладці і має форму напівсфери, то критичний радіус для плівки срібла при Тп=300 К матиме величину rкр=4,6 нм. При осаджуванні вольфраму за таких самих умов (підкреслимо, що в цьому випадку Тп =300 К може розглядатися як низька температура) rкр = 0,13 нм, що сумірне з розміром атома вольфраму, а для плівок міді на монокристалі NaСl величина rкр=1,0 нм .

20 Залежність розміру критичного зародка від матеріалу плівки та підкладки

Розмір критичного зародка дуже залежить від природи металу, що конденсується. Розрахунки величини rкр на основі рівняння Клапейрона-Клаузіуса (1.2) та правила Троутона свідчать про те, що розмір rкр зменшується при збільшенні температури кипіння металу. Таким чином, у металів W, Mo, Ta, Pt, Nі та інших навіть маленькі зародки (окремий атом) є термодинамічно стійкими, і їх дисоціація чи ревипарування малоймовірні. З іншого боку, у металів із низькою температурою кипіння (Cd, Zn, Mg та ін.) критичні зародки повинні стати великими, перш ніж настане їх термодинамічна стійкість. Причому якщо в першому випадку стійкість різко збільшується при збільшенні розміру, то в другому - стійкість зростає дуже повільно, а дисоціація чи ревипаровування більш імовірні.

Із теорії також випливає, що за інших однакових умов критичний зародок має більші розміри, якщо поверхнева енергія металу велика, а матеріалу підкладки - відносно мала. Крім двох розглянутих факторів - матеріалу плівки та підкладки, - розмір критичного зародка також суттєво залежить від енергії адсорбції Еа , температури підкладки, а також швидкості конденсації.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]