Механізм конденсації

Залежність розмірів критичного зародку від матеріалу плівки та підкладки.

Розрахунки величини r_кр на основі рівняння Клайперона-Клаузіса та правила Троутона свідчать про те, що розмір r_кр зменшується при збільшенні температури кипіння металу. Тому в тугоплавких металів W, Mo, Ta, Pt навіть маленькі зародки(окремі атоми) є термодинамічно стійкими, і їх дисоціація або ревипаровування малоймовірні. З іншого боку у металів з низькою температурою кипіння(Cd, Zn,Mg) критичні зародки повинні стати великими перш ніж натане їх термодинамічна стійкість.

Із теорії такона випливає що:

1. Критичний зародок має більші розміри якщо поверхнева енергія металу велика, а матеріалу підкладки відносно мала;

2. Температура випаровування;

3. Енергія адсорбції;

4. Температура підкладки(поверхні);

Суттєво впливає на конденсацію плівок температура поверхні. Багато наукових робіт присвячено дослідженню механізму конденсації. При узагальненні результатів усіх цих робіт можна назвати наступні механізми:

(нейтральна аморфна підкладка)

1) Насичена пара кристал (П К) при Т_п <Q;

2) Насичена пара рідина кристал (П Р К), при Т_п>Q_1.

Температура Q₁ дорівнює 2/3 Т_s – температура плавлення матеріалу підкладки. При переході через граничну температуру підкладки густина плівки зменшується і змінюється структура. До температури Т_п<Q₁ це кметалики з вираженим габітусом (огрануванням). При Т_п>Q₁ – із сферичних частинок.
Це дозволяє зробити висновок, що сферичні частинки були краплями і при кристалізації перетворилися в полікристалічні частинки.

Існує і друга гранична температура Q2=1/3Тs. Нижче цієї температури має місце механізм:

Насичена пара переохолоджена рідина (аморфна фаза)

П Р А

Температури Q₁ і Q₂ мають інтервали ∆Q₁ і ∆Q₂, шириною 20…40 градусів в яких відбувається мікрогетерогенна конденсація, тобто мають місце два механізми конденсації.

Узагальнити механізм конденсації можна у вигляді діаграми:

П Р А П К П Р К

Q₂=1/3Тs Q1= 2/3Тs T_гр

∆Q₂ ∆Q₁

Механізм П Р А може реалізуватися П А тому, що існує без зародковий механізм утворення плівки при низьких температурах. При цьому розподіл атомів на підкладці буде мати розупорядковану структуру, плівка буде дрібнозернистою(квазіаморфною або нанокристалічною) з розміром кристалітів менше 1 нм.

Створюючи відповідні умови конденсації можна реалізувати різні механізми росту наноплівок в залежності від поставлених завдань.

2) При сферичних зародках коалесценція відбувається злиттям острівців і утворення вторинних зародків між острівцями. Вторинний зародок росте до того часу, поки зіткнеться з сусіднім, якщо останній більших розмірів, то вторинний зародок зливається з більшим.

Кристалографічної форми острівці набувають лише у тому випадку, коли вони деякий час (10^-1 с) не взаємодіють з сусідніми островками. При їх взаємодії відбувається утворення острівців кристалічної форми.

Дата добавления: 2014-01-06