Систематичне експериментальне вивчення змін складу, структури та властивостей плівок систем Zr-B та V-B. Оцінювання умови формування та зростання конденсатів, які отримують за допомогою систем ІПР. Осадження високотвердих наноструктурних плівок.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ Донецький фізико-технічний інститут ім.Роботу виконано на кафедрі фізики твердого тіла та фізичного матеріалознавства Донецького національного університету. В дисертації викладено теоретичні та експериментальні дослідження впливу змін характеристик атомарних, іонно-плазмових потоків та умов конденсації на фазовий склад, структурну довершеність та властивості плівок, одержаних шляхом іонно-плазмового розпилення мішеней ZRB2 та VB2 за допомогою ВЧ МРС. Показано, що за умов осадження плівок високотемпературних сполук, головним чинником, що впливає на склад та структуру плівок є умови переносу розпилених атомів мішені до поверхні конденсації. У звязку з цим, запропоновано механізм, що дозволяє провести моделювання впливу умов транспортування речовини крізь розрядний проміжок на зміни характеристик потоків атомів, що конденсуються на підкладці. Показано також, що за допомогою такого моделювання та розрахунків пересичень (за запропонованою у роботі схемою) можливо здійснити підбір параметрів розпилення та осадження, які найбільш сприятимуть осадженню плівок з бажаними властивостями.Останнім часом, за згаданою тематикою, зявилась череда публікацій, автори яких приводять експериментальні результати властивостей плівок (переважно систем Ti - B, Ti-N і Cr - B, Cr - N) тотожного складу, отриманих за допомогою аналогічних систем осадження [2-8]. Цікавим і актуальним питанням є також одержання більш детальної інформації про властивості епітаксійних і наноструктурних плівок, отриманих на основі таких мало вивчених (у стані покрить або плівок) на дійсний час матеріалів, як VB2 і ZRB2. Мета роботи полягає у вивченні структури і властивостей плівок тугоплавких боридів, в залежності від характеристик потоків часток що конденсуються, зміни яких, в свою чергу, викликані особливостями процесів розпилення у системах ІПР. У роботі були поставлені і вирішені такі наукові задачі: - проведено систематичне експериментальне вивчення змін складу, структури і властивостей плівок систем Zr-B та V-B у залежності від умов розпилення і конденсації; Наукова новизна отриманих результатів: - проведено систематичне дослідження змін складу, структури і фізичних властивостей плівок тугоплавких сполук залежно від характеристик потоків часток що конденсуються, які обумовлені змінами умов ІПР (величин p, d і W) і конденсації (Т, Vc і матеріалу підкладки);В першому розділі представлено огляд літературних джерел, який свідчить про відмінності властивостей плівок і покрить однакового складу, які отримані за різними методами, обґрунтовується, що ці зміни переважно залежать від енергетики процесу осадження. Тоді кількісне співвідношення атомів різних сортів може бути визначено в наближенні незалежних потоків атомів за формулою [9]: де ri - імовірність перебування і-го елемента в емісійному шарі мішені; j = k?Ф/Ф0, де DФ = I?dt, I - щільність потоку іонів, t - час, Ф0 - повна доза опромінення для реалізації стаціонарного розпилення, k - відношення ефективності взаємодії атомів каскадів однакових і різних атомів, що відповідає за непружні втрати; Yi(x) - імовірність розпилення атомів i-го сорту з глибини x; - повний коефіцієнт розпилення. Перший відповідає випадку, коли потік конденсації складається переважно з “холодних” атомів (їхня енергія на момент осадження не перевищує теплової за температури 1/3 від температури плавлення). У свою чергу, щільність часток в адсорбційному шарі можна оцінити як: ns ~ , а grad n ~ n/a; коефіцієнт поверхневої дифузії Ds адсорбованих атомів по поверхні підкладки: Ds » a2ncexp{-UD/k}, де а - параметр ґратки підкладки; nc - частота теплових коливань адсорбованого атома, яка може бути оцінена за формулою Ліндемана для теплових коливань масивної речовини: , де Ts - температура плавлення, А - атомна вага, Va - атомний обєм; за порядком величини, nc зазвичай дорівнює 1012 ? 1013 Гц; UD - висота потенційного барєра для перескоку в сусідню яму потенційного рельєфу поверхні. Зміни розмірів зерна за умови конденсації на різних підкладках можуть пояснюватись відмінностями в механізмах адсорбції атомів V і В на поверхнях іонних і ковалентних кристалів.