ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Кинетика pofa тонких пленок из "Физика и химия твердого состояния" Линейный закон применим к реакции на поверхности твердого тела, приводящей к образованию пористой пленки, слабо связанной с поверхностью такая пленка не оказывает препятствия для проникновения газа (жидкости) к металлу, легко отслаивается от металла и поэтому возле него всегда имеется избыток газа, а скорость W = onst не зависит от времени. Подобным образом, например, происходит окисление щелочноземельных металлов. В общем случае этот закон применим к системам, в которых скорость реакции определяется реакциями на границе между металлом и пленкой. [c.475] Параболический закон описывает процесс роста, лимитируемый диффузией через пленку, прочно связанную С поверхностью. Отклонения от линейного и параболического законов роста могут быть следствием побочных явлений, таких, как повторяющиеся процессы растрескивания и залечивания пленок. [c.475] Рассмотрим, к примеру [25, 28], взаимодействие металла Ме с газом X, которое приводит к образованию соединения МеХ (см. рис. 192) предполагается, что МеХ содержит катионные вакансии Vкоторые почти полностью ионизированы V е — — У м.е + h . Вакансия образуется на внешней поверхности пленки МеХ (плоскость D) вследствие избыточного давления в этом месте атомов X, а их концентрация в направлении поверхности раздела АВ, где заряженные вакансии разряжаются, уменьшается. [c.475] К поверхности АВ, равен потоку ме+ ионов металла к поверхности СО, где они взаимодействуют с атомами газа X. Дырки, возникающие в результате ионизации вакансий, также образуют поток через пленку в направлении АВ. Суммарный электрический ток, обусловленный вакансиями и дырками, в стационарном состоянии должен быть равен нулю, т. е. [c.476] Если толщина слоя ш велика по сравнению с толщиной Хо и кл, то можно принять, что концентрации вакансий и дырок повсюду равны. Однако вследствие различия в подвижностях поток частиц одного типа должен превышать поток частиц другого типа, за счет чего нарушается равномерность в распределении зарядов. Это должно привести к разделению зарядов и постепенному накоплению пространственного заряда в пленке. Но разность потенциалов ф (по толщине пленки), возникающая вследствие разделения зарядов, препятствует дальнейшему протеканию процесса и в действительности величина этой разности потенциалов достигает значения, соответствующего равенству двух потоков в стдционарных условиях (783) и наличию относительно небольшого слоя пространственного заряда в пленке. [c.476] Первые члены в правых частях уравнений (784) и (784а) соответствуют потоку, обусловленному градиентами концентраций носителей того и другого типа, а вторые члены — потокам, обусловленным возникающим градиентом потенциала. [c.476] Таким образом, в результате только одной диффузии в поле возникает двойной поток. [c.477] В общем случае вакансии и межузельные атомы всех типов участвуют в- реакции на поверхности. Тем не менее учет этого факта точно так же приводит к параболической зависимос ги от времени с соответствующим изменением в уравнении (787а) множителей. Параболический закон роста толстых слоев наблюдался для реакций окисления многих металлов, реакций сульфидиро-вания и галогенирования [25, 28]. [c.477] Выше мы видели, что если скорость реакции на поверхности твердого тела определяется переносом вещества через соединение МеХ, то после достижения слоем МеХ определенной толщины ш, значительно превышающей толщины Я,(, и областей пространственного заряда на двух поверхностях раздела (см. рис. 192), дальнейший рост будет происходить по параболическому закону. На более ранних стадиях образования этого слоя, когда толщина о) сравнима с или возможны отклонения от параболического закона. [c.477] Вывод соответствующих уравнений аналогичен уже рассмотренному выше и отличается лишь тем, что слой пространственного заряда в приповерхностных слоях Яо и принимается во внимание при расчете распределения потенциала и его влияния на диффузию дефектов через пленку. [c.478] Ф — разность потенциалов, обусловленная адсорбиро- ванными ионами кислорода. [c.478] До сих нор, рассматривая различные физико-химические свойства твердых тел (главы П1—VIII), мы предполагали, что эти свойства не зависят от формы и размеров образца. Опыт показывает, что это предположение в известной мере справедливо только для массивных образцов и перестает быть справедливым для нитевидных кристаллов (НК) и тонких пленок. Так, висмут в тонкопленочном состоянии может оказаться не полуметаллом, а полупроводником либо диэлектриком или же стать сверхпроводником. Монокристаллы нитевидной формы (диаметром 1—2 мкм) обладают прочностью, приближающейся к теоретической (см. гл. IV). [c.479] Деление НК и пленок на тонкие и толстые является условным и относительным. Например, одна и та же пленка может оказаться тонкой в одном отношении и толстой в другом. Однако такое деление приобретает четкий физический смысл, когда рассматривается конкретное физическое свойство (и определенное структурное состояние). Например, критерием тонкопленочного состояния металла в отношении электропроводности является условие h I, где I — длина свободного пробега электрона проводимости, h — толщина пленки. Для оптических свойств критерием тонкопленочного состояния может служить условие h Х, где Я — длина волны света, и т. д. [c.479] Опыт показывает, что физико-химические свойства НК и пленок зависят не только от размера, но и от метода их получения и структуры. На методах получения микрокристаллов мы останавливаться не будем [1]. Ниже кратко рассмотрим механизмы роста, структуры и свойства НК и пленок. [c.479] Рост из газовой фазы. Классическая теория роста кристаллов из собственного пара основана на предположении, что формирующийся слой ограничен атомногладкой плотноупакованной поверхностью и что кристаллы растут за счет последовательного нарастания слоев, возникновение которых связано с процессом образования двумерных зародышей. [c.480] Скорость роста в этом случае определяется вероятностью образования зародыша и незначительна, пока пересыщение а = Р—Ро) Ро (где Р—действительное, а Ро — равновесное давление пара) не достигает десятков процентов. В этих условиях рост слоя после его зарождения будет происходить исключительно быстро и не будет лимитировать скорость роста кристалла. Тем не менее рост большинства реальных кристаллов наблюдается при очень малых пересыщениях. Это значит, что граница раздела (подложка) атомнощеро-ховата, она имеет готовые активные центры кристаллизации. [c.480] Франк (1949 г.) предположил, что простейшим источником ступеней могут служить винтовые дислокации. По мере того как атомы оседают на такой гладкой ступеньке, она начинает закручиваться, поскольку конец ее закреплен на дислокации. Скорость движения ступеньки не зависит от ориентации (если Хц X), благодаря чему все ее точки, кроме прилегающих к дислокации, перемещаются с одной и той же линейной скоростью в итоге возникает некоторая спираль, образующая на кристалле-подложке невысокий конус. Спираль закручивается до тех пор, пока кривизна в центре не достигает р7, после чего вся спираль вращается сохраняя свою форму. [c.481] Если а (II, то имеет место параболический закон а , если же а 01, то линейный их а. [c.482] В более общем случае,- когда на поверхность кристалла (подложки) выходит несколько винтовых дислокаций, возможен ряд вариантов. [c.482] Из уравнения (794) нетрудно видеть, что для начальной стадии роста НК, когда I С К величина I (t) изменяется экспоненциально. При г X скорость роста и достигает постоянного (максимального) значения, закон роста НК становится линейным. Таким образом, согласно уравнению (794), при достижении некоторого экспоненциальный рост сменяется линейным. [c.482] Вернуться к основной статье