4. Эпитаксильный рост оксидной пленки. Псевдоморфный слой.
Два кристаллических вещества, одно из которых образовано на поверхности другого, могут находиться в состоянии взаимной ориентации их кристалличеких решеток. Такое ориентационное соответствие (эпитаксия) наблюдается при формировании осадков, полученных кристаллизацией из растворов или газовой фазы на поверхности твердого тела. Эпитаксия (греч. “близкий по структуре”, ”продолжающий структуру”). Новая фаза во многих случаях вырастает на подслое , наследуя его кристаллографическую структуру. Для реализации эпитаксии необходимо:
существование в обеих решетках одной или нескольких плоских ячеек, близких по форме и размерам
достаточно малая скорость реакции, чтобы образуюшееся соединение имело возможность ориентироваться в соответствии с подложкой. При эпитаксии в плоскости границы параметры решетки подложки и окисла могут изменяться в сторону сближения, т.е. имеет место приспособление решеток друг к другу.
Эпитаксия – ориентированная кристализация вещества на поверхности кристалла подложки.
Виды эпиаксии:
Эпитаксия из подложки кристализующегося вещества называется гомоэпитаксией
Эпитаксия на чужеродной подложке – гетероэпитаксия
При гомоэпитаксии получают кристаллы с направленно измененным рельефом поверхности. Гомоэпитаксия в присутствии примесей позволяет получать кристаллы с легированным поверхностным слоем.
При гетероэпитаксии центры кристализации формируются вблизи поверхности дефектов подложки и ориентируются так, чтобы решетки нарастающего кристалла и подложки находились в максимальном соответствии (принцип Данкова).
В результате центру ростут анизотропно, либо преимушественно в тангенциальном направлении, образуя сплошную пленку, либо преимушественно в направлении нормали к поверхности подложки. Гетероэпитаксия осуществима для элементов не склонных к химическому взаимодействию.
Хемоэпитаксия – процесс ориенированного наращивания, при котором образование слоя происходит за счет химического взаимодействия вещества подложки с наносимым веществом
Применение эпитаксии:
микроэлектроника (транзисторы, светодиоды и т.д.);
квантовая электроника ;
вычеслительная техника;
получение композиционных металлов.
Ориентация кристалла образующегося соединения может сопровождаться изменением характера решетки, т.е. образуется псевдоморфный слой, являющийся кристалографическим продолжением решетки кристалла.
5. Законы роста оксидных пленок и области применения этих законов. Защитные и незащитные пленки.
Возможность образования зашитной пленки определяется условием сплошности Пиллинга и Бервордса (φ, СПБ): молекулярный объем соединения должен быть больше объема металла, израсходованного на образование молекулы соединения, в противном случае образующегося соединения не хватит, чтобы покрыть сплошным слоем весь металл.
Эти соотношения и объемы можно вычислить по формуле
, где
В реальных условиях хорошими зашитными
свойствами обладают пленки, удовлетворяющие
условию, что
.
Тогда в пленки могут возникнуть внутрение
сжимающие напряжения и вызвать ее
разрушение (растрескивание или
отслаивание). Величина φ есть лишь один
из факторов, от которых зависит зашитная
способность оксидной пленки.
При окислении легких металлов объем оксидного слоя меньше объема израсходованного на его образование металла. Оксидное покрытие обычно пористое и не обладает зашитными свойствами. Скорость окисления при этом остается постоянной.
При коррозии тяжелых металлов объем образуещегося соединения (оксида) больше обьема израсходованного металла. И хотя при этом наблюдается тенденция к образованию тонкого покрытия, при слишком большом различии в объемах (>2,5) в системе возникают сжимающие напряжения, приводящие к расслаиванию или другим механическим повреждениям защитного слоя.