2. Классификация оксидных пленок по толщине. Теория Мотта и Кабреры для тонких пленок.

1. Тонкие (невидимые), толщина которых < 40 нм.

2. Средние (дающие цвета), толщиной 40 ÷ 500 нм.

3. Толстые (видимые), толщина которых >500 нм.

Защитные свойства пленки оценивают по скорости окисления Ме, которая устанавливается при возникновении пленки, и характеру изменения этой скорости во времени.

Металл, атмосфера	Толщина пленки, нм.
Цинк в сухом воздухе Медь в сухом воздухе Ртуть в сухом воздухе Нержавеющая сталь в сухом воздухе Нержавеющая сталь в сухом воздухе с озоном Железо в сухом воздухе Железо во влажном воздухе с озоном Алюминий в сухом воздухе	0,5 - 0,6 1 1,5 – 2 1-2 2-3 1,5 - 2,5 3,5 – 4 10 - 15

Толщина окисных пленок на железе и меди

Цвет пленки окиси меди	Толщина, Ǻ	Цвет пленки окиси железа	Толщина, Ǻ
Темно-коричневый Красно-коричневый Темно-пурпурный Темно-фиолетовый Темно-голубой Бледный зелено-голубой Бледный серебристо-зеленый Желтовато-зеленый Глубоко-желтый Цвета червонного золота Оранжевый Красный	380 420 450 480 500 830 880 970 980 1100 1200 1260	Соломенно-желтый Красно-желтый Красно-коричневый Пурпурный Фиолетовый Голубой	460 520 580 630 680 720

Теория Кабрера и Мотта для тонких пленок.

По этой теории окисный слой возникает при таких низких температурах, что диффузия ионов через пленку затруднена. В этом случае электроны Ме могут проходить через тонкий еще слой оксида (< 20 Å) вследствие тоннельного эффекта или как результат термоэлектронной эмиссии и на внешней поверхности пленки реагировать с адсорбированным кислородом.

В таком случае очень быстро возникает слой хемисорбированного кислорода и в то же время в окисле формируется значительное электрическое поле. На поверхности раздела Ме-МеО образуются катионы, а на поверхности раздела МеО-О₂ образуются анионы кислорода или другого окислителя. Электрическое поле способствует миграции катионов к поверхности раздела МеО-О₂. Для роста тонкой пленки важен градиент потенциала, т.е. причиной переноса вещества через пленку является электрическое поле. Пленка не является электронейтральной, она заряжена.

Эта теория позволяет получить для тонких окисных пленок из полупроводников n-типа параболический закон роста пленки, а из полупроводников p-типа – кубический, а для очень тонких пленок, т.е. при высоком градиенте потенциалов, когда движение ионов преобладает в одном направлении, из полупроводников n-типа можно получить 1/ln закон роста пленки.

Эта теория позволяет определить критическую толщину окисной пленки, выше которой применима теория образования толстой пленки (теория Вагнера), а ниже которой надо использовать теорию для тонких пленок.

, где h₀ – толщина оксидной пленки, v_i – подвижность ионов, V – объем оксида, приходящийся на один ион металла, n_i – концентрация межузельных ионов (для оксида – полупроводника n-типа), Е – разность потенциалов на внутренней и внешней границах пленки.