24.2 Межі зерен

Якщо порівнювати між собою масивні та плівкові зразки, то в останніх площа меж кристалічних зерен в загальному випадку буде набагато більшою, що пов'язано з меншою величиною середнього розміру зерен (L) у плівках. У граничному випадку, коли рухливість адатомів мала, розмір зерна може бути сумірним із розміром критичного зародка. Згідно з сучасними уявленнями межа зерен має ширину від 1 до 3 нм. За В.В.Покропивним, загальним принципом формування межі зерна є максимальне відновлення розірваних зв’язків із рівноважною довжиною r₀. У зв’язку з наявністю вакансій на межі зерен може відбуватися дифузія чужорідних атомів (це явище можна також назвати адсорбцією чужорідних атомів), у процесі якої відновлюватимуться розірвані зв’язки. При певній концентрації чужорідних атомів, коли всі вакансії будуть зайняті, на межі зерен можуть утворюватися сегрегації з цих атомів або відбуватися фазові переходи (фазоутворення). Такі явища значно впливають на електронні процеси на межі зерен. Розмір зерен дуже суттєво залежить від таких термодинамічних та кінетичних параметрів: товщини плівки, температури підкладки, температури відпалювання та швидкості конденсації. Рисунок 2.5 якісно ілюструє ці залежності. Основна особливість графіків, наведених на рисунку 2.5, полягає в тому, що розміри зерен не змінюються, починаючи з певного значення того чи іншого параметра. У перших трьох випадках (рис. 2.5 а - в) спостерігається цілком зрозуміле збільшення середнього розміру зерна і лише при збільшенні швидкості конденсації - зменшення. Це пояснюється тим, що при певній швидкості конденсації швидкість зародкоутворення починає перевищувати швидкість їх лінійного росту. В результаті утворюється багато, але малих розмірів, зерен.

24.3 Шорсткість та пористість конденсатів

У плівці досягається мінімум поверхневої енергії в тому разі, якщо площа поверхні та меж зерен є мінімально можливою. Незалежно від форми зерен поверхня плівки повинна бути плоскою. Але на практиці такі поверхні не

Рисунок 2.5 - Якісна залежність середнього розміру кристалітів від товщини (а); температури підкладки і відпалювання (б, в) та швидкості конденсації (г)

спостерігаються, оскільки плівки мають шорсткість. Середнє відхилення від середньої товщини d визначається розподілом Пуассона і визначається зі співвідношення

(2.4)

Площа поверхні при цьому буде пропорційна , тобто  . Цей висновок майже не підтверджується експериментально (рис. 2.6), оскільки S пропорційна не , а d. Це

Рисунок 2.6 - Залежність S/S₀ від товщини для плівок Nі (S₀- геометрична площа плівки). Площа S розраховувалася на основі даних про адсорбцію газів плівкою

пояснюється тим фактом, що плівка має пористу структуру, тобто внутрішню поверхню, яка також адсорбує гази. Пори і порожнини виникають у плівках унаслідок коалесценції вакансій. Вимірювання густини плівок свідчать про те, що вона може дорівнювати (0,6 - 0,9) ₀ (₀ - густина масивного зразка). При відпалюванні плівкових зразків відбувається анігіляція вакансій або їх стікання на межу зерен і внутрішні поверхні. Це спричинює деяке збільшення густини плівки.