Розділ 2 методи отримання метал-фулеренових плівок

2.1. Метод конденсації в вакуумі

Сутністю методу є випаровування в вакуумі з різних джерел фулеренів та молекул металу, сумісна конденсація на підкладці.

Оскільки фулерени починають сублімувати при температурах нижче 700 К, а температура випаровування металів значно вища, то для отримання плівок використовують два випарника. Концентрація фулеренів в плівках визначається швидкостями надходження компонентів (атомів і молекул), які регулюються температурою випарників і їх розташування відносно підкладки. Температури випарників вибираються по експериментальним залежностям швидкості випаровування від температури.

Рис 2.1. Структура сконденсованих плівок Олово-фулерит[5]

Необхідна концентрація фулеренів в плівці забезпечується підтриманням співвідношення швидкостей випаровування фулеренів та металів. Щільність потоку молекул фулерена та атомів металу визначається за допомогою експериментально побудованих монограм температурної залежності швидкостей випаровування металу та фулеренів.

Рис 2.2.Робочий простір ВУП-5М з встановленими двома випарниками[8]

Керування атомно-молекулярними потоками здійснюють:

• Зміною щільності потоку компонентів при незмінному частковому складу (тобто зміною щільностіпоступання атомів та молекул на підкладку), що забезпечується зміною відстаней випарників до підкладки.

• Зміною енергії атомів та молекул в момент їх зіткнення з підкладкою, що забезпечується зміною температури випарників. Оскільки випарників два, то існує можливість керування енергією атомів металу та молекул фулерену роздільно.

• Поперечним електричним полем прикладеним в між випарниками та підкладкою що дозволяє сепарувати атоми металу по зарядам.

• Продовжним електричним полем, що забезпечує прискорення або сповільнення іонізованих атомів металу.

Маючи різні швидкості направленого руху до підкладки в суміщеному потоці атоми металу та молекули фулерену можуть зіштовхуватися та утворювати конгломерати до потрапляння на підкладку. В гомогенному атомному потоці утворення конгломератів малоймовірно. Тому раніше не приділялося уваги до впливу на атоміи та молекули в реакторному просторі на шляху до підкладки. Зміна умов впливу на атомно-молекулярні потоки призводить до структурного зміну плівок.

При потраплянні на підкладку атоми металу, молекули фулерена та їх комплекси впродовж якогось відрізка часу можуть мігрувати по поверхні, втрачаючи при цьому надлишкову теплову енергію, та переходять в адсорбований стан. Знаходячись в адсорбованому стані, вони володіють достатньо великою дифузійною рухомістю на поверхні підкладки. На початковій стадії конденсації на поверхні підкладки утворюються острівці. Поверхнева концентрація острівців і швидкість їх росту визначається дифузійною рухомістю атомів металу, молекул фулерену та їх компонентів, а також часу життя цих частинок в адсорбованому стані.

В результаті більшої маси та більш високої температури випаровування, чим температура сублімації фулеренів, атоми металів мають на підкладці більш високі коефіцієнти дифузії. Суттева різниця в масах частинок та енергіях адсорбційногї взаємодії цих частинок з підкладкою призводять до розходження в їх дифузійній рухомості, що в кінцевому результаті призводить до поверхневої конденсації центрів конденсації на початковій стадії осадження плівки, гетерофазність метал-фулеренових плівок та степінь упорядкування утворюючихся фаз.

Зменшення розмірів структурних елементів зі збільшенням концентрації фулерена пояснюється малою рухомістю молекул фулерену, та зменшенням їми рухомості атомів металу у процесі конденсації.