24 Утворення дефектів у процесі росту плівки
На початковій стадії росту плівки, коли острівці ще досить малі, вони є монокристаликами. Але в міру коалесценції острівців, їх рекристалізації у плівці з'являється велика кількість дефектів кристалічної будови: вакансії та їх комплекси (пори), дислокації, дефекти пакування, межі зерен, двійники та ін. Експериментальні дослідження свідчать про те, що такі дефекти, як двійники та дефекти пакування, в полікристалічних плівках містяться в меншій кількості порівняно з монокристалічними. Поряд із цим у полікристалічних зразках велику роль відіграють такі дефекти, як межі зерен. Зважаючи на те, що основним предметом нашого вивчення, за малим винятком, є полікристалічні плівки, основна увага буде зосереджена на таких дефектах, як дислокації та межі зерен.
24.1 Дислокації
Крайові та гвинтові дислокації - це дефекти, які найбільш часто зустрічаються у сконденсованих плівках (звичайна їх густина 1014-1015 м-2). Найбільша інформація про дислокації одержана за допомогою електронно-мікроскопічного методу (рис. 2.4 а, б) на прикладі плівок гранецентрованих металів (Ag, Au, Cu та ін.). Узагальнення таких результатів дає можливість говорити про п'ять механізмів утворення дислокацій у процесі росту плівки:
при зрощенні острівців із повернутими одна щодо іншої кристалічними решітками (утворена межа складається із дислокацій);
у зв'язку з тим, що параметри решіток підкладки і плівок різні, то це призводить до відповідного зміщення тих чи інших атомів, причому до різного в різних острівцях; невідповідність зміщення може спричинити утворення дислокацій;
мікронапруження структурного походження можуть породжувати дислокації на краю дірок та порожнин, які утворюються в плівках на більш ранніх стадіях росту плівки;
дислокації, які закінчуються на поверхні підкладки, можуть продовжуватися в плівці;
якщо у процесі коалесценції дефект пакування виходить на поверхню острівця, то в суцільній плівці утворюється дислокація.
Крім того, на межі плівка-підкладка може виникати сітка дислокацій для зменшення механічних напружень.
Якщо спостерігати за утворенням дислокацій за допомогою електронного мікроскопа , то можна виявити, що при малих товщинах плівки всі дислокації короткі й розміщуються поперек плівки. При відносно великих товщинах з’являються більш довгі дислокації, розміщені у площині підкладки. Вимірювання концентрації дислокацій в процесі росту плівки свідчать про те, що більшість їх виникають у плівці на стадії утворення каналів, дірок та порожнин.
Рисунок 2.4 в ілюструє сказане на прикладі плівок Au на підкладці MoS2 (Au/MoS2) при Тп 570 К.
Крім дислокацій, у сконденсованих плівках спостерігаються (у значно меншій кількості) і дефекти пакування віднімання (вычитания (рос.)). Вони містять дислокаційні петлі, т.зв. тетраедри дефектів пакування та малі трикутні дефекти.
Існує думка, але не остаточна, що дефекти віднімання утворюються в результаті об'єднання вакансій та міжвузло-
в
Рисунок 2.4 - Мікрознімок дислокаційної структури тонких плівок нікелю (а, б) та залежність концентрації дислокації від середньої товщини для плівок золота (в)
вих атомів. Проте такий механізм стає практично неможливим за умов малої рухливості названих точкових дефектів.