Основные параметры пленок

Определим пленки как объекты, свойства которых определяются размером тела в одном из направлений (толщиной слоя). Отнесение данной пленки к тонкой или толстой является достаточно условным. Оно определяется свойством, зависимость которого от толщины мы определяем. Например, механические свойства полимерных пленок зависят от их толщины d при ее значениях меньших 1,5 мм. Электрическое сопротивление пленок металлов зависит от толщины при d = 80-100 нм.

При этом следует учитывать, что характер размерных зависимостей определяется условиями и методикой измерения этого свойства, например, температурой материала или напряженностью электрического поля (при определении электрофизических свойств).

Основными геометрическими параметрами тонких пленок являются толщина пленки, ее форма. В общем случае, тонкую пленку можно рассматривать как среду, ограниченную двумя поверхностями.

Рис.1 Структура пленки на поверхности материала

Для характеристики пленок используют следующие основные параметры:

1. Геометрическая толщина пленки:

dг = 1/S0 ∫(z2 -z1) dS,

где S0 – площадь поверхности подложки;

dS- дифференциальный элемент этой поверхности.

2.Эффективная толщина пленки.

Измерять dг очень сложно. При этом понятие геометрической толщины пленки не несет информацию о ее форме. Поэтому часто используется параметр эффективной толщины, который связывается с методом измерения. В общем случае, эффективной по отношению к данному физическому свойству толщиной называют толщину однородного слоя вещества, обладающего теми же свойствами, что и реальное покрытие. В общем случае dг, эффективная весовая толщина и оптическая толщина, совпадают, когда покрытие равномерное и однородное. В противном случае, при измерении толщины одного и того же покрытия получаем разные значения.

3. Внутренняя и внешняя форма пленки:

Внешняя форма определяется геометрическими размерами отдельных элементов покрытия.

Внутренняя форма описывает кристаллическое строение, тип решетки, ориентацию кристаллов, их размер, дефектность и т. д.

В зависимости от внешней формы различают сплошные, полусплошные и островковые или диспергированные пленки.

Сплошные - это пленки, для которых на всей поверхности выполняется условие z1  z2 .

Полусплошные - пленки, на поверхности которых есть участки с z1 = z2 ,т.е. нарушается его сплошность. Полусплошные пленки формируются, например, на стадии коалесценции (слияния капель, микрочастиц), ионном селективном травлении тонких слоев.

Островковые или диспергированные пленки - покрытия, состоящие из изолированных микрочастиц (островков или кластеров).

В общем случае для полного описания состояния тонких пленок необходимо знать следующие их основные характеристики:

1.Степень покрытия подложки пленкой θ (степень заполнения) - долю поверхности, занятой пленкой. Из опре деления следует, что 0< θ1. При θ=1 имеем сплошное покрытие.

2.Поверхностную плотность островков.

Различают среднюю плотность n0 =N /S (N-число островков, S-площадь) и дифференциальную плотность n=dN/dS (dN-число островков, находящихся на площади dS).

3.Кристалическую структуру, степень дефектности, характер ее распределения по объему покрытия.

4.Функцию распределения островков по размерам f(r)= dN/ dr (dN-число частиц, имеющих размер в пределах от r до r+dr).

Поверхности реальных тел, на которых формируется пленки, неоднородны. Поэтому распределение частиц металлической фазы по поверхности также неоднородно, а соответственно, неодинаковы и свойства пленок в отдельных локальных участках.

5. Форму и ориентацию кристаллографических осей зерен материала, микрочастиц.

Данные характеристики определяют только геометрические свойства пленки и для полного его описания необходима информация о химическом составе, структуре и свойствах материала подложки структуре и свойствах граничных слоев и других физико-химических параметрах системы.