Электрохимическое осаждение пленок
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
В°зы как энергетический критерий возможности протекания процессов используется свободная энергия Гиббса. Имеется её три составные части: объёмная, поверхностная и упругой деформации, обусловленная структурными изменениями твердого тела. Первые два фактора наиболее значимы. Объёмная составляющая:
где n - количество молей сконденсированного вещества; V/Vm - отношение объёма этого вещества к его мольному объёму.
Поверхностная:
DGW =gW ,
где g - поверхностное натяжение конденсируемой твердой фазы; ? - площадь её поверхности.
При давлении пара над поверхностью зародыша меньше давления насыщенных паров над плоской поверхностью (PPнас.=Pбеск ) будем иметь mконд<mпара и возникновение новой фазы зависит от поверхностной составляющей энергии, т.е. от размеров зародыша, определяющих поверхностную энергию. Для сферического зародыша:
Для исследования зависимости энергии Гиббса от размера зародыша r iелью установления наличия её экстремумов приравниваем производную к нулю:
,
тогда *
Выразив химические потенциалы через давление паров, получим
**,
что совпадает с уравнением Кельвина. Pпара кр. должно быть равно давлению насыщенного пара над поверхностью зародыша с размером rкр. Определим знак экстремума (max или min), найдя вторую производную функции:
.
Отрицательный знак второй производной свидетельствует о том, что DG=(r) проходит через точку максимума (Рисунок 7.), в которой наблюдается неустойчивое равновесие между двумя фазами: слева от максимума выгоднее испарение зародышей, а справа - их выделение. Для точки максимума:
***
Рисунок 7. Зависимость энергии Гиббса от размера зародыша кристалла
Энергия Гиббса образования критических зародышей при гомогенной конденсации равна 1/3 поверхностной энергии зародыша, остальные 2/3 компенсируются химической составляющей, обусловленной фазовым переходом. Подставим теперь rкр. из уравнений * и ** в ***:
Таким образом энергия образования зародыша зависит как от его поверхностной энергии, так и от степени пересыщения пара. При большой степени пересыщения возникает много центров конденсации, а при небольшой - немного центров на которых могут вырасти более крупные зародыши и далее кристаллиты новой фазы.
Получаемые на различных подложках пленки, в т.ч. проходящие термообработку для окончательного формирования заданных фаз и их свойств, могут иметь и различные типы iепления с поверхностью:
-механическое с относительно слабыми Ван-дер-Ваальсовыми взаимодействиями (может быть характерно для инертных носителей);
-монослой-монослойное (электронный обмен только между прилегающими поверхностями с возникновением химических связей, например водородных);
-химическое ионное или ковалентное в поверхностных монослоях;
-псевдодиффузионное с односторонним внедрением компонентов пленки в подложку;
-диффузионное со взаимодиффузией компонентов и образованием объёмной переходной зоны;
-взаимодействие с образованием новой фазы между пленкой и подложкой.
Внутрислойный синтез фаз пленки (трехмерный вариант) в зависимости от соотношения её толщины и размеров исходных частиц может осуществляться в режиме, приближающемся к синтезу керамики (рисунок 8.) по модели сферических или цилиндрических частиц, и кинетика такого синтеза в принципе может быть описана соответствующими уравнениями. Помимо этого возможен межслойный синтез из исходных слоев разного состава или синтез пленки между первоначальным покрытием и подложкой. Такой процесс описывается в зависимости от его лимитирующей стадии уравнениями типа dm=Kt.
Рисунок 8.
Варианты синтеза сложных оксидов: а - внутрислойный синтез б - внутрислойый синтез с квазициллиндрическими частицами в - межслойный синтез г - синтез между подложкой и пленкой
А - подложка В - продукт С - пленка
Создания элементов интегральной оптики.
Пленочные технологии лежат в основе создания элементов интегральной оптики, устройств в которых в оптических средах создаются зоны и участки, выполняющие различные функции, что позволяет существенно миниатюризировать изготовляемые приборы (Рисунок 9.). Интегральные схемы, широко используемые в электронной технике, также базируются на пленочной технологии (Рисунок 10.) с использованием для нанесения на подложки схем заданной конфигурации фоторезистов. Например, на кремниевую монокристаллическую подложку с р-типом проводимости наносят состав на основе полимеров с добавками светочувствительных веществ. Под действием локального облучения с использованием масок или тонкого лазерного пучка фоторезист теряет растворимость, необлученная его часть удаляется. Затем за iет специальной обработки, например, ионной бомбардировки, открытые участки п