Ю. О. Космінська, О. А. Мокренко, А. С. Корнющенко, В. Б. Дьошин Сумський державний університет, 40007 м. Суми, Україна

Вид материалаДокументы
Подобный материал:

Увага!!! Назва файлу тез повинна відповідати імені доповідача латиницею

Cx-X

Формування дво- та тривимірних наносистем металів шляхом квазірівноважної конденсації іонно-розпиленої речовини

Ю.О. Космінська, О.А. Мокренко, А.С. Корнющенко, В.Б. Дьошин

Сумський державний університет, 40007 м.Суми, Україна

Дана робота присвячена дослідженню фізичних механізмів структуроутворення та форм росту наносистем металів, отриманих шляхом квазірівноважної стаціонарної конденсації у вакуумі.

Серед найпоширеніших підходів до отримання наносистем є фізичний або фізико-хімічний об'ємний синтез з наступною конденсацією готових кластерів на поверхню, осадження з колоїдних розчинів, а також поатомна конденсація та збирання структур на поверхні. До останнього варіанту, наприклад, належить такий відомий метод як молекулярно-променева епітаксія напівпровідникових наносистем [1], для якого рушійною силою спонтанного упорядкування кластерів є релаксація пружних напруг в декількох моношарах осадженого матеріалу. В даній роботі запропонована технологія, яка відрізняється тим, що конденсація речовини відбувається при наближенні до фазової рівноваги та в умовах Фольмера-Вебера. Основою технології є магнетронне розпилення у високочистому інертному середовищі при малій потужності розряду (~ 1,4-7 Вт) та підвищеному тиску робочого газу (~ 10 Па). Наближення до рівноваги визначається такими факторами, як гранично низькі осаджувані потоки, підвищена температура ростової поверхні (> 600 K), підвищена енергія осаджуваних атомів (~ 5-8 еВ), зменшення ефективної енергії десорбції [2], опромінення ростової поверхні вторинними електронами з магнетрону.

В дослідженні використані такі метали, як мідь, нікель та хром, які конденсувались на свіжі сколи KCl (001). Показано, що для всіх використаних металів при зниженні пересичення до суттєво малих значень формування високотекстурованих суцільних плівок змінюється на дво- та тривимірні системи, які мають ознаки пористості, фрактальності, самоорганізованого росту, і структурні елементи яких є нанорозмірними (характерний розмір ~ 10-20 нм). Перш за все, на поверхні підкладки в процесі конденсації відбувалась поява аніонних вакансій Cl-, що слугували активними центрами зародкоутворення в умовах наближення до рівноваги [3]. При підвищеній густині активних центрів спостерігався самоорганізований ріст двовимірного шару рівномірно розподілених нанокластерів приблизно однакового розміру та форми. За допомогою моделі об'ємного масопереносу речовини поблизу підкладки для даних технологічних умов показано, що як механізм самоорганізації шару нанокластерів можна розглядати Оствальдівське дозрівання.

В подальшому відбувалось формування тривимірного пористого фрактального шару нанокластерів, яке характеризувалось відсутністю класичної ростової коалесценції та появою нових зародків в місцях зрощування кластерів попереднього шару. Характерно, що конденсація на скляні підкладки при збереженні інших умов процесу призводила до зриву самоорганізації наноструктур, що пов'язано з недостатньою кількістю активних центрів. За умови нерівномірного розподілу нанокластерів первинного шару на поверхні підкладки реалізується ріст монофрактальних шарів нанокластерів у вигляді двовимірної сітки. За час конденсації порядку 1 год. конденсати перетворюються на тривимірні мультифрактали, на яких при тривалій конденсації (~ 8 год.) спостерігається формування системи віскерів.

Основним механізмом росту тривимірних фрактальних конденсатів є повторюваний процес, що складається з таких етапів: утворення та зрощування нанокластерів без коалесценції, формування ростової поверхні з від'ємною кривизною в області зрощування, яку можна розглядати як систему нових активних центрів, переорієнтація слабких осаджуваних потоків на місця зрощування, відповідне утворення і знову зрощування нових кластерів. Даний механізм може мати місце лише за умов екстремально низьких пересичень. Отримані результати відрізняються від класичних уявлень про процеси конденсації металів, оскільки останні отримані для області відносно великих пересичень.


1. N.N. Ledentsov, V.M. Ustinov, V.A. Shchukin, P.S. Kopev, Zh.I. Alferov, D. Bimberg, Semiconductors, 32, No. 4: 343 (1998).

2. V.I. Perekrestov, Yu.O. Kosminska, A.A. Mokrenko, I.N. Kononenko, A.S. Kornyushchen-ko, Vacuum, 86, No. 1: 111 (2011).

3. В.И. Перекрестов, А.С. Корнющенко, Ю.А. Косминская, Письма в ЖЭТФ, 86, No. 12: 879 (2007).