Порядок виконання роботи

1. Підготувати підкладку, прилади для вимірювання температури і опору плівки та нагрівник підкладки.

2. Провести конденсацію плівки при температурі підкладки Т_п = 300 К та термообробку з постійною швидкістю нагрівання і охолодження (від 5 до 10 К/хв.), фіксуючи час (t_i) та відповідну температуру (T_i) через ∆Т = 10-20 К.

3. Побудувати залежність (T) для усіх циклів термообробки, провести її графічне диференціювання.

4. Побудувати розрахункову залежність функції розподілу , визначити E_m.

5. Звіт до лабораторної роботи повинен включати експериментальну залежність R[T(t)] для проведених термоциклів «нагрівання  охолодження» і розрахункову залежність функції розподілу дефектів у плівці F₀(E).

Контрольні запитання

1. Яка причина утворення дефектів кристалічної будови у сконденсованих плівках?

2. Чому при відпалюванні відбувається заліковування дефектів?

3. У чому полягає суть методики Венда визначення енергії активації заліковування дефектів?

Список літератури

1. Майссел Л.И. Электрические свойства тонких металлических пленок / Технология тонких пленок, том 2: под ред. Л.Майссела и Р.Глэнга.- М.: Сов. радио, 1977.- С. 305-344.

2. Dekhtyaruk L.V. Procedure for estimating the contribution of interface scattering of electrons to the temperature coefficient of resistance of films / Dekhtyaruk L.V., Pazukha I.M., Protsenko I.Yu. // Ukr. J.Phys. – 2006. – V.51, №7. – Р.728 – 732.

3. Проценко І.Ю. Технологія одержання і застосування плівкових матеріалів: навч. посібник / І.Ю.Проценко, Н.І. Шумакова. – Суми: Вид-во СумДУ, 2008. – 198 с.

Лабораторна робота 2

ДОСЛІДЖЕННЯ МЕХАНІЗМІВ КОНДЕНСАЦІЇ

ТОНКИХ МЕТАЛЕВИХ ПЛІВОК

Мета роботи – експериментальні спостереження механізмів конденсації: насичена пара → кристал (НП → К) та насичена пара → рідина (→ кристал) (НП → Р (→ К)) і визначення граничної температури зміни механізмів конденсації.

Елементи теорії. У серії робіт Л.С. Палатника і Ю.Ф. Комника, опублікованих на початку 60-х років ХХ ст., вперше описане експериментальне спостереження двох механізмів конденсації плівок:

НАСИЧЕНА ПАРА→ КРИСТАЛ (НП → К) та

НАСИЧЕНА ПАРА → РІДИНА (→ КРИСТАЛ) (НП → Р (→ К)).

При деякій характерній температурі (T_0S – температура плавлення матеріалу плівки) змінюються структура та фізичні властивості тонких плівок. При переході через границю, яка відповідає , оптична густина плівок зменшується в декілька разів (наприклад, для плівок Bi в 4,5 раза), зовнішній вигляд конденсатів також різний: при Т_п < < плівки добре відбивають світло, а при Т_п > вони матові. Електронно-мікроскопічні та оптичні дослідження показали, що плівки, одержані при Т_п < , складаються із плоских кристалітів з вираженим габітусом (ограновуванням), а при Т_п > - із сферичних частинок (рис.1). Ці спостереження дозволяють припустити, що великі сферичні частинки являють собою рідкі краплі, які при кристалізації перетворюються в полікристалічні зразки (рис.2). Подальші дослідження Ю.Ф. Комника процесу конденсації плівок безпосередньо в колоні електронного мікроскопа підтвердити висновки про два механізми конденсації.

У таблиці 1 наведені значення та /T_0S для плівок різних металів, із яких випливає, що на нейтральних підкладках , а на кристалічних – дещо більше . Але незалежно від цього область температур, з яких починається стадія утворення рідкої фази, набагато нижча величини . Фізичне трактування ефекту спочатку ґрунтувалося на уявленні про двовимірне плавлення, на що потрібно витрачати енергію, близьку до 2/3 Q_пл (Q_пл – теплота плавлення). Але Ю.Ф. Комник показав, що причина виникнення рідкої фази дещо інша. Він пов’язує її із залежністю температури плавлення малих частинок від їх розмірів (або радіуса при сферичній формі частинки).

У процесі дослідження механізмів конденсації в області була висунута гіпотеза, яка знайшла експериментальне

Рисунок 1 – Мікроструктура плівок вісмуту при конденсації за механізмами НП → К (а) та НП → Р (→ К) (б)

Рисунок 2 – Схема утворення плівок за різними механізмами конденсації

підтвердження про існування другої граничної температури , нижче якої має місце механізм конденсації:

НАСИЧЕНА ПАРА → ПЕРЕОХОЛОДЖЕНА

РІДИНА(→ АМОРФНА ФАЗА) (НП→ Р(→ А)).

Більш детальні мікроскопічні дослідження свідчать про те, що поблизу та існують інтервали та 20-40 градусів, в яких відбувається мікрогетерогенна конденсація, тобто мають місце два механізми конденсації.

На рисунку 3 показана узагальнена діаграма механізмів конденсації.

Методичні вказівки. Використовуючи дані таблиці 1, необхідно вибрати метал, з якого будуть одержуватися конденсати. Для спостереження двох механізмів конденсації

Таблиця 1 - Значення та /T_0S для металевих плівок

Метал	Підкладка	, К	/TS
Bi	Скло, лак Грань (001)NaCl	370 423	0,68 0,77
Sn	Скло, лак Вуглець Скло, лак	348 336 413	0,69 0,66 0,69
Pb	SiO Вуглець MoS	433-463 408-463 543	0,72-0,77 0,68-0,77 0,90
In	Лак	320	0,75
Ag	Fe Вуглець	803 823	0,65 0,67
Cu	-“-	923	0,68
Au	Fe Вуглець	913 891	0,68 0,66

Рисунок 3 – Узагальнена діаграма механізмів конденсації

поблизу граничної температури необхідно вздовж підкладки створити градієнт температури Т_п = 300-600 К за методикою, описаною в роботі № 5 (див. також рис.1 з цієї самої роботи). Температура визначається за допомогою графіка Т_п = f(x), де х – координата розміщення термопар вздовж підкладки. Координату х, яка відповідає , необхідно визначити за допомогою мікроскопа типу «Біолам» або «МИМ-4». Межу зміни механізмів конденсації можна визначити і візуально, розглядаючи конденсат під різними кутами зору.