Технология оптического приборостроения

слой металлического основания, насыщенный оксидами металла. Эти оксиды образуются в результате взаимодействия ионов металла с кислородом при повышенных температурах.

15.4. Технология изготовления стеклометаллических зеркал

Технология изготовления стеклометаллических зеркал состоит из предварительных и основных операций обработки как металлического основания зеркала, так и заготовки стеклянной пластины. При изготовлении основания зеркала первая операция – механическая обработка, при которой обеспечивают шероховатость поверхности, спекаемой со стеклом, не грубее 5-го класса, так как чистка более грубых поверхностей затруднительна. Вторая – нормализующий отжиг для снятия внутренних напряжений, возникших после механической обработки.

При обработке стеклянной пластины первая операция – грубое и среднее шлифование рабочих поверхностей до толщины 2–3 мм и боковых поверхностей с выдерживанием тех же габаритных размеров, что и у основания зеркала. Вторая – тонкое шлифование и полирование обеих рабочих плоскостей до шероховатости не грубее 13-го класса. После обработки контролируют свили и пузыри в проходящем свете. Точность формы и чистоту не нормируют.

Дальнейшее изготовление стеклометаллического зеркала включает следующие операции:

1)чистку и обезжиривание спекаемых поверхностей;

2)нагревание в электрической печи металлической и стеклянной заготовок в сопряженном состоянии до требуемой температуры спекания, выдерживание при этой температуре и охлаждение вместе с печью;

3)предварительное шлифование сборки до толщины слоя стекла 0,5–0,6 мм при шероховатости поверхности не грубее 5-го класса;

4)термоциклическую обработку сборки с целью стабилизации ее размеров и снятия остаточных напряжений в слое «стекло–металл». Эта операция состоит из трех приемов попеременного нагрева и охлаждения. Затем проводят стабилизирующее старение посредством выдерживания при заданной температуре и охлаждения на воздухе;

5)окончательную обработку посадочных мест под подшипники и других элементов конструкции. Если в процессе эксплуатации зеркало должно подвергаться значительным центробежным нагрузкам, то производят его балансировку;

6)тонкое шлифование сборки до толщины слоя стекла 0,2–0,3 мм

иего полирование с точностью поверхности N = 1 и N = 0,3 и чистотой III класса;

7)нанесение отражающего покрытия в вакууме.

180

Литература к разделу 1

1. Ардамацкий, А. Л. Алмазная обработка оптических деталей / А. Л. Ардамацкий. – Л. : Машиностроение, 1978. – 230 с.

2.Основы проектирования и технологии изготовления абразивного

иалмазного инструмента / В. Н. Бакуль [и др.]. – М. : Машиностроение, 1975. – 295 с.

3.Бардин, А. Н. Технология оптического стекла / А. Н. Бардин. – М. : Высшая школа, 1963. – 519 с.

4.Бурмистров, Ф. Л. Делительное дело. Аппаратура и технологические процессы изготовления микрометрических шкал и сеток механическим, ме- ханико-химическим и механико-фотографическим путем / Ф. Л. Бурмист-

ров. – М.-Л. : Машгиз, 1948. – 321 с.

5. Винокуров, В. М. Исследование процесса полировки стекла / В. М . Винокуров. – Л. : Машиностроение, 1967. – 196 с.

6.Ефремов, А. А. Изготовление и контроль оптических деталей / А. А. Ефремов, Ю. В. Сальников. – М. : Высшая школа, 1983. – 255 с.

7.Заказнов, Н. П. Изготовление асферической оптики / Н. П. Заказнов, В. В. Горелик. – М. : Машиностроение, 1978. – 246 с.

8.Законников, В. П. Основы автоматизации производства оптических деталей / В. П. Законников, Б. Э. Быков, С. К. Штандель. – М. : Машино-

строение, 1982. – 168 с.

9.Зубаков, В. Г. Технология оптических деталей / В. Г. Зубаков. – М. : Машиностроение, 1985. – 368 с.

11.Кривовяз, Л. М. Практика оптической измерительной лаборатории / Л. М. Кривовяз, Д. Т. Пуряев, М. А. Знаменская. – М. : Машиностроение, 1982. – 333 с.

12.Оптический производственный контроль / под ред. Д. Малакары. – М. : Машиностроение, 1985. – 400 с.

13.Покровский, В. Н. Делительные машины / В. Н. Покровский. – М. : Машиностроение, 1984. – 209 с.

14.Пуряев, Д. Т. Методы контроля оптических асферических поверхностей / Д. Т. Пуряев. – М. : Машиностроение, 1976. – 262 с.

15.Технология оптических деталей / М. Н. Семибратов [и др.]. – М. : Машиностроение, 1978. – 415 с.

16.Справочник технолога-оптика / под ред. С. М. Кузнецова. – Л. : Машиностроение, 1983. – 414 с.

17.Сулим, А. В. Производство оптических деталей / А. В. Сулим. – М. : Высшая школа, 1975. – 315 с.

18.Технология СБИС. – М. : Мир, 1986. – 404 с.

19.Федотов, А. И. Технология автоматизированного нанесения штрихов и знаков / А. И. Федотов. – Л. : Машиностроение, 1977. – 302 с.

181

20.Черняев, В. Н. Технология производства интегральных микросхем

имикропроцессоров / В. Н. Черняев. – М. : Радио и связь, 1987. – 464 с.

21.Запорожский, В. П. Обработка полупроводниковых материалов / В. П. Запорожский, Б. А. Лапшинов. – М. : Высшая школа, 1988. –184 с.

22.Хансперджер, Р. Интегральная оптика. Теория и технология / Р. Хансперджер. – М. : Мир, 1985. – 379 с.

23.Точицкий Л.И. Оптические технологии микро- и наноэлектроники / Л. И. Точицкий. – Минск : РИВШ, 2010. – 298 с.

24.Кордонский, В. И. Магнитореологическое полирование оптических поверхностей / В. И. Кордонский, С. П. Городкин // Оптический жур-

нал. – 2012. – № 9. – С. 81–95.

25. Marinescu, I. Handbook of Lapping and Polishing / I. Marinescu,

E.Uhlmann, Doi. T. // CRC Press. – 2006. 492 p.

26.Booij, S. M. Fluid jet polishing : doctoral thesis / S. M. Booij. – Technische Universiteit Delft, 2003. – 168 p.

27.Kordonski, W. Magnetorheological jet finishihg technology / W. Kordonski, A. Shorey, M. Tricard // J.Fluid Eng. – 2006. – V. 128.

28. Miao, C. Normal force in magnetorheological finishihg / C. Miao [et al.] // Proc. SPIE. – 2009. – V. 7426. – P. 74260 C.

29.Kordonski, W. Material removal in magnetorheological finishihg of optics / W. Kordonski, S. Gorodkin // Appl. Opt. – 2011. – V. 50. – P. 1984– 1994.

30.Kordonski, W. Magnetorheological measurements with consideration

for the internal magnetic field in samples / W. Kordonski, S. Gorodkin //

J.Phys. : Conf. Ser. – 2009. – V. 149. – P. 012064.

31.Gertzos, K. CFD analysis of journal bearing hydrodynamic lubrication by Bingham lubricant / K. Gertzos, P. Nikolaropoulos, C. Papadopoulos // Tribol. Int. – 2008. – V. 41. – P. 1190–1204.

32. Coor, L. M. Chemical processes in glass polishing / L. M. Coor //

J.Non-Cryst. Solids. – 1990. – V. 120. – P. 152–171.

33.Филонов, И. П. Управление формообразованием прецизионных поверхностей деталей машин и приборов / И. П. Филонов, Ф. Ф. Климович, А. С. Козерук. – Минск : ДизайнПРО, 1995. – 208 с.

34.Козерук, А. С. Формообразование прецизионных поверхностей / А. С. Козерук. – Минск : ВУЗ-ЮНИТИ, 1997. – 176 с.

35.Cпособ блокировки линз: пат. 7185 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/005 / А. С. Козерук; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № а20010237; заявл. 13.03.2001; опубл. 30.09.2002 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлек-

туал. уласнасцi. – 2002. – № 2. – С. 130.

36.Устройство для крепления заготовок линз: пат. 8054 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/005 / А. С. Козерук, И. П. Филонов, К. К. Василенок; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № а20021057; заявл. 19.12.2002; опубл. 30.06.2004 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2004. –

№ 1. – С. 150.

182

37.Приспособление для блокировки линз: пат. 6563 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/005 / А. С. Козерук; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. –

№а20010366; заявл. 18.04.2001; опубл. 30.09.2004 // Афiцыйны бюл. / Нац.

цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2004. – № 5. – С. 125.

38.Cпособ получения инструмента в виде шарового сегмента для наклейки линз жестким способом: пат. 8030 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/00, 13/005 / А. С. Козерук; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № а20030241; заявл. 18.03.2003; опубл. 30.09.2004 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлек-

туал. уласнасцi. – 2004. – № 2. – С. 130.

39.Cпособ получения шаровидного наклеечного инструмента: пат. 8241 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/005 / А. С. Козерук; заявитель Белор.

нац. техн. ун-т. – № а20030649; заявл. 26.06.2003; опубл. 30.12.2004 // Афi-

цыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2004. – № 4. – С. 170.

40.Cпособ крепления линзы с тонким центром: пат. 12997 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/005 / А. С. Козерук, В. Ф. Климович, А. А. Сухоцкий, М. В. Зайцев, Е. С. Таболина; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. –

№а20071534; заявл. 13.12.2007; опубл. 30.08.2009 // Афiцыйны бюл. / Нац.

цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2009. – № 3. – С. 200.

41.Инструмент для закрепления линз в виде отрицательного мениска при двусторонней обработке: пат. 13577 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/005 / А. С. Козерук, В. Ф. Климович, В. О. Кузнечик, Е. П. Каролик, А. П. Камлюк; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № а20080506; заявл. 18.04.2008; опубл. 30.12.2009 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал.

уласнасцi. – 2009. – № 2. – С. 130.

42.Cпособ управления процессом формообразования прецизионных поверхностей: пат. 5650 Респ. Беларусь, МПК В 24В 1/00 / А. С. Козерук, И. П. Филонов, Ф. Ф. Климович; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. –

№а19980173; заявл. 24.02.98; опубл. 30.12.2003 // Афiцыйны бюл. / Нац.

цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2003. – № 5. – С. 173.

43.Способ одновременной двусторонней обработки деталей со сферическими поверхностями: пат. 7911 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/00 /

А. С. Козерук, И. П. Филонов; заявитель Белор. нац. техн ун-т. –

№а20030242; заявл. 2003.03.18; опубл. 2006.04.30// Офиц. бюл. / Нац.

цэнтр інтэлектуал. уласнасці. – 2006. – № 2. – С. 158.

44.Cпособ групповой обработки деталей с выпуклыми сферическими поверхностями: пат. 8031 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/00 / А. С. Козерук, И. П. Филонов, К. К. Василенок; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. –

№а20030314; заявл. 10.04.2003; опубл. 30.12.2004 // Афiцыйны бюл. / Нац.

цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2004. – № 1. – С. 250.

45.Cпособ доводки сферических поверхностей: пат. 3380 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/02, 11/00 / А. С. Козерук, И. П. Филонов, Ф. Ф. Климович, Р. В. Федорцев; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № а960131; заявл. 21.03.96; опубл. 30.06.2000 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал.

уласнасцi. – 2000. – № 5. – С. 125.

183

46.Cпособ центрирования линз: пат. 2411 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/005 / А. С. Козерук, И. П. Филонов; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. –

№а277; заявл. 05.05.93; опубл. 30.09.98 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 1998. – № 2. – С. 135.

47.Cпособ обработки шаровидных деталей: пат. 8484 Респ. Беларусь, МПК В 24В 11/02, 13/00 / А. С. Козерук, И. П. Филонов, М. И. Филонова; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № а20030650; заявл. 26.06.2003; опубл. 30.12.2004 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2004. –

№4. – С. 178.

48.Станок для одновременной двусторонней обработки линз с крутыми вогнутыми поверхностями: пат. 10726 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/00 / А. С. Козерук, И. П. Филонов, А. А. Сухоцкий, В. Ф. Климович, Е. С. Таболина; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № а 20060589; заявл. 2006.06.14; опубл. 2008.06.30 // Офиц. бюл. / Нац. центр інтэлектуал.

уласнасці. – 2008. – № 3. – С. 76.

49.Станок для одновременной двусторонней обработки линзы с пологими вогнутыми поверхностями: пат. 10724 Респ. Беларусь, МПК В 24В 13/00 / А. С. Козерук, В. Ф. Климович, А. А. Сухоцкий; заявитель Белор.

нац. техн. ун-т. – № а20060117; заявл. 06.02.2014; опубл. 10.30.2007 //

Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2007. – № 3. – С. 170.

50.Способ обработки шариков: пат. 2834 Респ. Беларусь, МПК В 24В 11/02 / А.С. Козерук, М.И. Филонова; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. –

№а1104; заявл. 29.12.93; опубл. 30.06.99 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 1999. – № 3. – С. 178.

51.Инструмент для обработки шариков: пат. 5049 Респ. Беларусь, МПК В 24В 11/02 / А. С. Козерук, М. И. Филонова; заявитель Белор. нац.

техн. ун-т. – № а19981053; заявл. 20.11.98; опубл. 30.03.2003 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2003. – № 5. – С. 202.

52.Усовершенствованный инструмент для пневмоцентробежной обработки шариков / А.С. Козерук [и др.] // СТИН. – 2000. - № 7. – С. 28–29.

53.Способ обработки сферических поверхностей: пат. 2069 Респ. Беларусь, МПК В 24В 11/02 / А. С. Козерук, И. П. Филонов, В. И. Чембрович, В. И. Шамкалович, Т. А. Реут; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № 88; заявл. 15.01.93; опубл. 30.03.98 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал.

уласнасцi. – 1998. – № 2. – С. 98.

54.Инструмент для обработки шариков: пат. 6824 Респ. Беларусь, МПК В 24В 11/02 / А. С. Козерук, И. П. Филонов, С. П. Басалаев, А. И. Коновалова, А. А. Сухоцкий; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № а20010466; заявл. 23.05.2001; опубл. 30.03.2005 // Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлек-

туал. уласнасцi. – 2005. – № 3. – С. 108.

55.Станок для двусторонней обработки плоских поверхностей: пат. 3523 Респ. Беларусь, МПК В 24В 7/17, 37/04 / А. С. Козерук, И. П. Филонов, Н. В. Кашко, О. Г. Крысин, В. И. Харкевич, В. Ю. Губаревич; заявитель Белор. нац. техн. ун-т. – № 960213; заявл. 29.04.96; опубл. 30.09.2000 //

Афiцыйны бюл. / Нац. цэнтр iнтэлектуал. уласнасцi. – 2000. – № 5. – С. 302.

184

Раздел 2

НАНЕСЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОПТИЧЕСКИЕ ДЕТАЛИ

Глава 16. ФОРМИРОВАНИЕ И СТРУКТУРА ТОНКИХ ПЛЕНОК

16.1. Общие положения

Тонкими пленками в оптике называют покрытия, толщина d которых значительно меньше длины световой волны λ. Их свойства отличаются от свойств тех же материалов в массивных образцах и зависят от толщины пленки и условий ее образования. Отличия обусловлены в основном структурой пленки и материала слоя, а также наличием примесей.

В настоящий момент пленки наносят разнообразными способами, одним из наиболее распространенных среди которых является их напыление

ввакууме. В этом случае слой осаждается из паров напыляемого вещества, которые образуют атомарный пучок («струю»). Этот пучок направляется

всторону подложки (покрываемой поверхности) и обдувает ее. Основываясь на результатах исследования слоев, полученных напылением в вакууме разнообразных материалов на нейтральные подложки, и на некоторых общих соображениях, было высказано предположение о существовании двух механизмов конденсации: «пар → кристалл» (сокращенно ПК) и «пар → жидкость → кристалл» (сокращенно ПЖ/К).

Действительно, наблюдения, проведенные с помощью оптического и электронного микроскопов, показали, что зародыши частиц, конденсирующихся на подложке, имеют форму или ограненных микрокристалликов, или микрокапелек (кластеров), т. е. осаждаемое вещество конденсируется в одном из агрегатных состояний: или кристаллическом, или жидком. Причем жидкое состояние наблюдается на подложках, температура которых значительно ниже температуры плавления напыляемого материала. Кластер остается жидким довольно длительное время, а затем кристаллизуется. При определенной для данного распыляемого вещества температуре один механизм может смениться другим.

Образование зародышей можно объяснить более сильной связью атомов конденсата между собой в пленке по сравнению с их связью с атомами поверхности нейтральной подложки. Поэтому атомы свободно мигрируют по подложке и при достаточно сильном пересыщении такого двумерного пара образуют зародыши кристаллической или жидкой конденсированной фазы. Затем зародыши разрастаются в двух, а позже и в трех измерениях. Если имеет место более сильная связь осаждающихся атомов с подложкой, то реализуется резкое, например эпитаксиальное, влияние подложки на рост пленки по ПК-механизму.

185

Эксперимент показал, что кристаллические материалы, не относящиеся к типичным металлам и кристаллизующиеся в решетках с малым координационным числом (сурьма, селен, сера, теллур, германий, кремний и многие соединения с ковалентными связями), конденсируются на изотропных подложках в основном в аморфном состоянии.

На формы роста напыляемой пленки существенное влияние оказывают структура подложки, ее температура, давление остаточных газов в установке, скорость конденсации.

Аморфные подложки, например стекла, на своей поверхности часто имеют нерегулярности. Ими, в частности, могут быть центры рекристаллизации. В результате пленка осаждается неравномерно. Однородную пленку на стекле можно получить, если предварительно напылить слой SiO2 толщиной 50–500 нм.

Изменяя скорость осаждения или температуру подложки, можно достигнуть критического пресыщения, обусловливающего образование зародышей новой фазы. Для данной плотности атомарного потока существует предельная температура подложки (и наоборот), при которой концентрация адсорбированных атомов может достичь критической величины. Осаждение при более высоких температурах подложки не приведет к образованию конденсированной пленки.

16.2. Металлические покрытия

Процесс формирования металлического покрытия можно разделить на несколько стадий. Первоначально на поверхности подложки конденсируются изолированные друг от друга атомы, которые образуют нечто вроде двумерного газа. Затем возникает двумерный коллоид, т. е. изолированные друг от друга гранулы металла. По мере осаждения материала размеры гранул растут. Когда толщина слоя достигает вполне определенной величины, называемой критической, гранулы приходят в соприкосновение друг с другом и начинается процесс их слияния. Слой приобретает рыхлую ячеистую структуру, которая соответствует двумерному гелю, причем слой обладает довольно высокой подвижностью, во многом аналогичной жидкой фазе. Почти одновременно со слиянием гранул начинается процесс отложения следующих ярусов, т. е. двумерный гель преобразуется в трехмерный. При этом структура покрытия уплотняется и начинается последняя стадия формирования металлической пленки – образование сплошного слоя. По мере роста толщины слой приобретает свойства массивного образца.

Прочность связи различных металлических слоев со стеклянной подложкой различна. Например, благородные металлы образуют пленки с низкой адгезией и легко отлущиваются. В то же время химически активные металлы, такие как Cr, Al, насыщают свободные поверхностные связи подложки и образуют прочные покрытия на стекле.

186

При осаждении металла на металл образуется сплав напыляемого слоя

сподложкой в зоне поверхности раздела. Процесс протекает особенно отчетливо, если металл с высокой температурой испарения осаждается на металлическую подложку с низкой температурой плавления материала.

Теоретически картина образования металлического слоя на поверхности диэлектрика была рассмотрена разными авторами. Остановимся на теории Я. И. Френкеля.

Поверхность подложки можно рассматривать как некоторую потенциальную поверхность с «впадинами» и «буграми», размеры которых в случае полированных подложек превышают межатомные расстояния. Атомы распыляемого металла, попав в подложку, либо отражаются от нее, либо отдают ей часть кинетической энергии и аккомодируются поверхностью. Вероятность того, что находящийся в газовой фазе атом при соударении

сподложкой хотя бы на некоторое время будет удержан ею, называют коэффициентом конденсации β. Он равен отношению числа сконденсировавшихся атомов к общему числу атомов, ударяющихся о поверхность. Часть атомов в силу непрочности межатомных связей через некоторое время десорбируется, т. е. покидает поверхность.

Адсорбированные атомы (А) могут находиться в различном энергети-

ческом состоянии. Если кинетическая энергия атома Wа больше максимальной потенциальной энергии umax поверхности подложки, то атом с одинаковой степенью вероятности может перемещаться в любом направлении по подложке, т. е. миграция носит изотропный характер, и адсорбированные атомы (адатомы) в этом случае могут рассматриваться как двумерный

газ. Если umin < Wa < umax, то атом будет перемещаться преимущественно вдоль «седловин» потенциальной поверхности, т. е. миграция будет носить анизотропный характер. Если Wa < umin, атом, попавший в потенциальную яму, не сможет из нее выбраться. Однако в результате многократного обмена тепловой энергией с молекулами подложки энергия этого атома может увеличиться настолько, что станет достаточной для преодоления потенциального барьера и атом перескочит в соседнюю яму. Так как края потенциальной ямы различны по высоте, т. е. высота потенциального барьера неодинакова в разных направлениях, то наиболее вероятно, что атом выйдет из ямы в направлении umin. Таким образом, перескакивая из одной потенциальной ямы в другую, атом будет мигрировать вдоль определенных направлений.

В процессе миграции адатомы могут встретиться с атомами того же сорта и образовать в результате неупругих столкновений двойники (А + А)

итройники (А + А + А). При этом выделяется энергия кристаллизации,

итеперь для реиспарения атома, вошедшего в двойник или тройник, требуется гораздо большая энергия активации, нежели для реиспарения одиночного атома. Следовательно, вероятность реиспарения таких атомов падает.

187

Для образования слоя необходимо, чтобы число адатомов превышало число реиспаренных атомов, которое, в свою очередь, зависит от вероятности встреч мигрирующих по поверхности подложки атомов.

Предположим, что на единице поверхности после установления динамического равновесия между паром и адсорбированной фазой находится n атомов. Количество атомов, ударяющихся о единицу поверхности в единицу времени, обозначим через N. Тогда среднее время жизни τ атома на поверхности подложки будет определяться соотношением

τ = n/N.

Если концентрация атомов в потоке равна n' и поток распространяется нормально к поверхности подложки со средней скоростью атомов

ср = 8kТ / рm ,

то при условии, что коэффициент прилипания (конденсации) β равен единице, т. е. все столкновения заканчиваются прилипанием, согласно моле- кулярно-кинетической теории получим

где Т – температура подложки; k – постоянная Больцмана;

m – масса адсорбированного атома. Следовательно,

Если предположить, что адатом осциллирует нормально к поверхности подложки с периодом 0 около положения равновесия с потенциаль-

ной энергией U0 , то из соотношения фазовых объемов, занимаемых адсорбированными и свободными атомами, можно записать

Из сопоставления соотношений (6.1) и (6.2) получим

0 exp( U0 / kT ).

188

При образовании двойника (А + А) потенциальная энергия каждого из атомов изменяется на величину U0 , что приводит к изменении его вре-

мени жизни на подложке. Тогда

0 exp (U0 U0) / kT exp( U0 / kT ).

Если на подложке образуется более крупная гранула, содержащая m взаимодействующих атомов, то изменение потенциальной энергии составит (m 1) U0 , где (m 1) – число соседей. Это приведет к дальнейшему

увеличению времени жизни на поверхности подложки каждого из составляющих гранулу атомов. В случае одноатомного слоя m 6 .

Если площадь S поверхности подложки, на которую осаждается слой, значительно превышает размеры площадки S0 , где проявляется активное

действие адатома, т. е. S S0 , то эффективная площадь S0 , занимаемая

парой эффективно взаимодействующих атомов (двойником), будет задаваться соотношением

S0 S0 exp( U0 / kT ).

Предположим, что общее число атомов на подложке, образующих рассматриваемый слой, значительно меньше максимального числа атомов, которые могут разместиться на площади S . Тогда можно считать, что на подложке будут находиться только одиночные атомы и двойники. В этом случае уравнение баланса частиц (атомов) на единице поверхности подложки будет иметь вид

dn (N (n n1) n1)dt

где (n n1) n1 – число атомов одиночников и двойников, покидающих

единицу поверхности в единицу времени;– вероятность десорбции изолированного атома с поверхности под-

ложки, т. е. 1/ ч;1/ ч – вероятность десорбции атома, входящего в состав двойника;

n1 – число двойников, которое, как легко показать, описывается выражением

Приближенный характер равенства (16.4) связан с тем, что некоторые эффективные площадки S0 могут перекрываться. Ошибка тем меньше, чем

меньше n .

189