22.3 Утворення каналів

У міру росту острівців тенденція їх заокруглення зменшується. Вони починають витягуватися і намагаються утворити безперервну сітчасту структуру, в якій конденсований матеріал розділений довгими і вузькими (від 5 до 20 нм) каналами неправильної форми (рис.2.3 е).

22.4 Утворення суцільної плівки

Оскільки у процесі утворення каналів продовжується конденсація, то у каналах утворюватимуться вторинні зародки, які будуть об'єднуватися з ділянками суцільної плівки, як тільки виростуть і торкнуться стінок каналу. Зрештою, більшість каналів зникає, а плівка стає безперервною, однак має багато малих статистично розміщених дірок.

Усередині них, як і в каналах, утворюються вторинні зародки і вторинні острівці, а ті, у свою чергу, досягають країв дірки і зрощуються з основною плівкою. До того часу, поки не утвориться суцільна плівка, поведінка конденсату нагадує поведінку рідини. Це результат виявлення одного й того самого фізичного ефекту - мінімізації поверхні. Але рідиноподібний стан закінчується і починаються рекристалізаційні процеси. Рекристалізація виявляється у тому, що розміри зерен у готовій плівці набагато більші за середню відстань між початковими зародками.

23 Критична товщина і критична температура конденсації

Поняття критичної товщини дуже тісно пов'язане з кінетикою утворення плівки. Критична товщина d_кр відповідає переходу від непровідного стану конденсату на діелектричній підкладці до електрично суцільного шару. Знання d_кр дуже важливе під час практичного використання плівкових зразків. Очевидно, що перехід від непровідного до провідного стану відбувається в деякому інтервалі товщин і для кожної конкретної пари плівка-підкладка має свої значення. Початку цього інтервалу відповідає поява малої електричної провідності, яка буде мати напівпровідниковий (активаційний) характер.

В області критичної товщини електричний опір різко зменшується на декілька порядків, а провідність має металевий характер. Експериментальні результати показують, що при зміні опору в 100 - 1000 разів плівка стає лише електрично суцільною, оскільки коефіцієнт заповнення її дорівнює величині 0,6 - 0,8.

Додаткові дослідження показали, що d_кр дуже залежить від температури:

d_кр = А ехр(-Q/2kT), (2.2)

у той час як від швидкості конденсації змінюється залежність лише при дуже різкому збільшенні (на 3 - 4 порядки) швидкості конденсації. Це ще раз підтверджує широко розповсюджену думку про те, що температура є основним параметром, який визначає механізм і кінетику утворення тонкої плівки.

Як уже підкреслювалося, критична товщина суттєво залежить від вибору конкретної пари плівка-підкладка. Наведемо табличні дані (таблиця 2.2), які підтверджують цю думку.

Ефект критичної температури полягає в тому, що конденсація молекулярного пучка на підкладку відбувається лише в тому випадку, коли температура підкладки нижча за деяку критичну (Т_кр).

Таблиця 2.2 - Залежність d_кр від температури

Плівка	Критична товщина					Підкладка
	100 К	150 К	200 К	250 К	300 К
Bі	1,2	1,5	1,7	2,0	2,8	Скло
Sn	-	1,5	4,0	10	24	-«-
Іn	2,5	12,5	37,5	75	-	-«-

Уперше критичну температуру конденсації спостерігали в 1916 році американські вчені М.Кнудсен та Р.Вуд. У таблиці 2.3 наведені деякі літературні дані значень критичної температури для різних металів.

Таблиця 2.3 - Величина критичної температури конденсації

Плівка	Підкладка	Ткр, К	Плівка	Підкладка	Ткр, К
Hg	Скло	133-143	Cu	Скло	>800
Zn	-«-	90-195	Ag	-«-	>848
Cd	-«-	90-195	Bі	-«-	613
Mg	-«-	90-195	Bі	Лак	633

У 1924 році Ю.Б.Харитон та М.М.Семенов уперше спостерігали залежність критичної температури від швидкості конденсації. Я.І.Френкель створив теорію, з якої випливає аналітична залежність між w_кр та Т_кр:

w_кр = A exp (-Q_зв/kТ_кр), (2.3)

де Q_зв - енергія зв'язку між атомами плівки і підкладки. Співвідношення (2.3) дозволяє, виходячи із експериментальної залежності Т_кр від w_кр , розрахувати величину Q_зв. Для цього необхідно вказану залежність перебудувати у напівлогарифмічних (спрямних) координатах ln w_кр від (kТ_кр)^-1 (приклад такої залежності представлений співвідношенням (1.2) і рисунком 1.1 б). Кутовий коефіцієнт прямої лінії чисельно дорівнює величині Q_зв.

Насамкінець зазначимо, що фізико-хімічні властивості підкладки суттєво впливають на величину Т_кр. У зв'язку з цим для вивчення ефекту "в чистому вигляді" необхідно використовувати лише нейтральні підкладки. Цю умову більшою мірою задовольняють аморфні матеріали (скло, плівки вуглецю, лак, колоїд та ін.) або полікристалічні матеріали при низьких температурах підкладки, коли дифузія конденсованих атомів дуже уповільнена і матеріал підкладки не впливає на розмір критичного зародка.

Розділ 5 Дефекти, макронапруження і процеси старіння