1. Класифікація тонких плівок та їх основні параметри

1. Класифікація тонких плівок

Конденсовані об’єкти, в залежності від їх форми, геометричних розмірів можна умовно класифікувати на:

1) одновимірні;

2) двовимірні;

3) тривимірні.

Одновимірні об’єкти – мікрочастинки конденсованої фази (кластери, островки, мікрокраплини), властивості котрих залежать від їх розміру, певною мірою, в 2-х напрямках.

Двовимірні – тонкі плівки та покриття властивості яких залежать від їх розміру в одному з напрямків (товщини плівки чи покриття).

Тривимірні – тверді тіла та рідини в великих об’ємах, властивості котрих не залежать від розмірів тіл. Наприклад, густина рідини у відрі чи стакані однакова і тому рідина в такій кількості слід розглядати як тривимірний об’єкт.

В залежності від способу отримання покриттів їх поділяють на три групи:

1) Покриття, сформовані з газової фази. В дану групу входять покриття, які осаджуються з газової фази, генерація котрої здійснюється, як правило, в результаті:

а) йонного розпилення речовини в вакуумі;

б) випарення в вакуумі;

в) проведення хімічних транспортних реакцій;

г) піролізу складних хімічних з’єднань;

д) диспергування полімерів або олігомерів в результаті дії на них концентрованого потоку енергії (електронів, іонів, електромагнітного випромінювання).

Утворення покриття відбувається при взаємодії частинок газової фази з поверхнею підкладки.

2) Покриття, сформоване з рідкої фази. В цю групу входять:

а) лакофарбові покриття;

б) покриття, утворені при монолітизації (затвердженні) розплавів речовини;

в) покриття, осаджені з газокрапельної фази, наприклад, методами плазмового, газополум'яного, електродугового напилення;

г) плівки Ленгмюра-Блоджет;

д) електролітичні покриття і т. д.

3) Покриття, при осадженні котрих в якості вхідного матеріалу використовуються речовини в твердому стані. Вони утворюються, наприклад, в результаті припікання чи приклеювання фольги, переносу речовини при терті и т. д.

В залежності від природи матеріалу розрізняють наступні покриття:

а) металеві;

б) напівпровідникові;

в) керамічні;

г) полімерні;

е) композиційні, котрі в свою чергу розділяють на одношарові, багатошарові та комбіновані.

2. Основні параметри тонких плівок

1. Площа поверхні та шорсткість

У плівці досягається мінімум повної енергії в тому випадку, якщо площа її поверхні підтримується мінімально можливою, тобто якщо поверхня являє собою ідеальну площину. На практиці, в силу відомого «острівкового» механізму росту, поверхня завжди має деяку шорсткість. Процес міграції по поверхні частинок очевидно сприяє деякому згладжування поверхні.

Експериментально спостерігалося, що найбільша площа поверхні, виміряна за допомогою адсорбції газу, виходить при нанесенні плівки в умовах низької поверхневої рухливості атомів, тобто при низьких температурах підкладки. Показано, що в цих умовах площа поверхні збільшується з товщиною плівки лінійно і відношення площі поверхні до геометричної площі може бути більше 100 (рисунок 1.2.1.1).

Рисунок 1.2.1.1 – Залежність відношення площі поверхні до геометричної площі від товщини плівки нікелю при їх нанесенні на підкладку з температурою близько ; – нанесення в атмосфері азоту при тиску , – нанесення у високому вакуумі

Лінійне збільшення площі поверхні з товщиною плівки означає, що плівка пориста і адсорбований газ може проникати навіть в самі нижні шари. Залежність (осадження в атмосфері азоту) значно сильніша, її можна пояснити виникненням конденсату пари у поверхні, тобто утворення дрібних частинок (кластерів) упаковка яких на поверхні призводить до утворення більш пористої структури.