Список використаної літератури 35
зародкоутворення
Зародкоутворення - це перша за часом настання стадія фазового переходу. На ній утворюється основна кількість стійко ростуть зародків нової, стабільної фази з вихідної метастабільною фази. Початок цієї стадії викликано зовнішніми факторами, що створюють метастабільній, а закінчення - зниженням ступеня метастабильности. Наступною за стадією нуклеации є стадія колапсу, на якій відбувається подальше зростання зародків нової фази при практично незмінному їх кількості. Нуклеація буває двох типів гомогенна і гетерогенна.
Гомогенна нуклеація - флуктаціонное виникнення зародків нової фази у вихідній за відсутності домішок. При метастабильности вихідної фази частина зародків встигає досягти розмірів, починаючи з яких вони ростуть вже необоротно, стаючи центрами конденсації нової фази. Гомогенна нуклеація спостерігається, як правило, в системах пройшли попередню очистку від сторонніх часток. Найбільший інтерес представляє стадія нуклеации в гетерогенних системах, таких як пересичений пар і присутні в його обсязі чужорідні частинки. На гетерогенних центрах починають зароджуватися краплі. Частка може бути зарядженою або нейтральною, повністю або частково розчинятися в конденсується на ній водяній парі, поверхня нерозчинного гетерогенного центру може бути повністю або частково зволоженість. Нарешті, критичний розмір краплі при нуклеации на змочуваних центрах може визначатися тонкої або товстої рідкої плівкою. Від цих, заздалегідь невідомих параметрів, істотно залежать характеристики процесу нуклеації, такі як число утворюються крапель, їх середній розмір, час тривалості стадії (рисунок 1).
Малюнок 1 - Графік залежності гетерогенного і гомогенного процесів зародження центрів рідкої фази від коефіцієнта пересичення
При збільшенні розміру частки критичний розмір краплі при нуклеации на змочуваних центрах визначається більш товстими плівками [1].
процес зародкоутворення
Адсорбовані атоми можуть мігрувати по поверхні і, стикаючись з іншими атомами, утворюють малі частки (кластери) - зародок. Вони, в порівнянні з окремими атомами, повинні бути більш стійкі до повторного випаровуванню. У більшості теорій постулюється, що як тільки зародок досягне певної критичної величини, в середньому, він уже не розпадається на окремі атоми, а зростає. Існують дві основні теорії зародкоутворення в тонких плівках, засновані на капілярної і атомної моделях, які відрізняються в підході до обчислення енергії утворення зародків. Існує і третя заслуговує на увагу модель, в якій підкреслюється можливість випаровування кластерів з підкладки. Капілярна модель передбачає, що зміна вільної енергії при утворенні зародка має максимум, тобто зародок у міру зростання і проходження через критичний розмір має мінімум стійкості по відношенню до дисоціації в парову фазу. Максимум вільної енергії виходить в результаті конкуренції двох параметрів: дуже великого відношення поверхні до об'єму в малих зародках, через якого їх стійкість зменшується і наявності енергії конденсації, що збільшує стійкість зародків зі збільшенням їх розміру. Таким чином, зародки, що перевищили критичний розмір, швидко підвищують свою стійкість з кожним приєднаним атомом, і процес їх руйнування і випаровування ставати малоймовірним. На процес повторного випаровування очевидно має визначальний вплив температура підкладки, якщо немає інших енергетичних впливів на поверхню. В експерименті відповідну температуру при якій починає спостерігатися конденсат називають критичною Т0. при Т <Т0 среднее время жизни адсорбированного атома настолько велико, что все атомы попадающие на подложку, захватываются устойчивыми зародышами и конденсация с самого начала является полной. Поэтому, зависимость массы конденсата от времени с момента начала процесса нанесения пленки будет линейной (рисунок 2)
Малюнок 2 - Залежність маси сконденсировавшейся речовини
від часу при різних температурах підкладки
Малюнок 3 - Залежність вільної енергії освіти
зародка від його розміру
При збільшенні температури підкладки ступінь пересичення знижується, середній час життя адсорбованого атома зменшується, а коефіцієнт поверхневої дифузії адатомів збільшується. Розмір критичного зародка і зернистість плівки сильно залежать від природи металу. Для тугоплавких металів (з високою температурою кипіння), таких як W, Mo, Ta, Pt і Ni, навіть дуже маленькі зародки є стійкими. У металів з низькою температурою кипіння, таких як Cd, Mg, і Zn, зародки повинні стати досить великими, перш ніж вони стануть стійкими, їх стійкість зі збільшенням розміру зростає дуже повільно, дисоціація або повторне випаровування при цьому залишаються ймовірними. Критичні зародки повинні мати великі розміри, якщо поверхнева енергія конденсованого матеріалу велика, а матеріалу підкладки мала [2].
Чим сильніше зв'язок між атомами і підкладкою, тим менше критичний зародок і тим більше частота зародкоутворення. Збільшення температури підкладки призведе до збільшення розміру критичного зародка. Крім того, островковая структура буде зберігатися до великих середньої товщини, ніж ті, які відповідають низьких температур. Збільшення швидкості осадження призводить до збільшення швидкості зародкоутворення і до утворення більш дрібних острівців. Безперервна плівка утворюється при менших товщинах.