39.4 Розрахунок величини

Якщо плівку конденсують на підігріту підкладку з ін­шим значенням коефіцієнта а„ , то після охолодження до кімнатної температури у плівці виникають макронапружен­ня термічного походження, величина і знак яких залежать від співвідношення між а„ та а. Виникають пружні дефор­мації Лет і 5іґ

де £ і v - модуль Юнга та коефіцієнт Пуассона для плівки; ЛТ - різниця температур Т„-Т (Т - температура, при якій об­числюється величина St).

39.5 Методи вимірювання

Макронапруження у конденсованих плівках найчастЛ ше визначають механічним способом, при якому знаходити ся деформація підкладки в процесі осадження плівки. ЯіШ правило, використовують один із варіантів цього способу! метод Стоні, при якому вимірюється зміщення (5) вільногЯ кіпця консольно закріпленої вузької підкладки (рис.2.11). ЗЯ умови, що d«D, a 8<D, величина S обчислюється за фори мулою

де Е - модуль Юнга для плівки, який вибирається таким, яя у масивних зразках; d\D-товщина плівки і підкладки.

Рисунок 2.11 Схема деформації підкладки консольного типу Зміщення 8 можна вимірювати за допомогою оптич-в ного мікроскопа або контактометра. На даний момент роз« роблені більш досконалі методи вимірювання зміщення кі-1 нця підкладки: - за допомогою електромагніту, який повертає підкладку у вихідне положення; за вимірюванням зміни ємності конденсатора або індук­тивності котушки; за допомогою інтерферометра та ін.

40 Процес старіння в тонких плівках

Процес старіння проходить не лише в перенасичених (метастабільних) сплавах, а й у зразках малих розмірів. Як­що у сплавах цей процес при кімнатній температурі приво­дить до упорядкування (природне старіння), а при нагріван­ні до розпаду сплаву (штучне старіння), то в інших випад­ках спостерігається широка різноманітність процесів при­родного та штучного старіння. Зокрема, у тонких плівках ці процеси протікають (від хвилини до декількох років) завдя­ки підвищенню ролі поверхневої енергії у загальному енер­гетичному балансі та у зв'язку зі стабілізацією різко нерів-новажних станів через великі ступені переохолодження при вакуумній конденсації (загартування). При цьому прийнята така класифікація процесів старіння: фізико-хімічні, фазові, макро- і субструктурні та процеси старіння під дією фізич­них полів.

Фізико-хімічні процеси протікають у полікомпонент-них плівкових системах і полягають у зміні хімічного скла­ду, типу кристалічної решітки або агрегатного стану нерів-новажних фаз. Прикладами таких процесів є розпадання пе­реохолодженої рідини або пересичених твердих розчинів, окислення, відновлення фаз та інші повільні хімічні проце­си.

Процеси старіння цього типу спостерігалися в систе­мах Me-Se (Me - Sn, Ag, Cd, Zn); Me-S (Me-Ag, Cu, Pb, Zn, Sn, Ge, Bi, In) та Al-Cu. В конденсатах Me-Se і Me-S здебільшого утворюється скло, яке в процесі старіння мутніє, оскільки в ньому виділяються фази типу MeSe, Me₂S$, MeSi, MeS, CU2S, Ag₂S.

У процесі природного старіння деяких сплавів спосЛ рігається така особливість: спочатку виділяються стабілЛ фази, такі як SnS, SnS₂, PbS, B12S3, ZnS. CuS, а потім - меЛ стабільні: C112Sта SbS.

У сплавах (Ag, Cu, Pb, Zn, Cd)-S цей процес протікаЯ два етапи: спочатку склоподібна плівка заростала малиЛ сферолітами (фазове старіння), після чого починалася п^Н кристалізація, що спричиняло утворення великих вториннИ сферолітів (старіння всередині фази).

У плівках сплаву Al-Си товщиною 15-26нм ПаліИ никЛ.С. і Бойко Б.Т. (1958 р.) спостерігали аномальну раї чинність атомів ('// в ЛІ 12% Си, в той час як у масивнЛ зразках сплаву максимальна розчинність має величину 2.5Щ ('и при 820 К. Штучне старіння плівок цього сплаву призвИ дить до випадання стабільної фази в-CuAh у вигляді висЛ кодисперсних частинок. Якщо старіння відбувається при щ -300 К протягом 20 діб, то середній розмір частинок п<Л рядку L-Інм, а якщо при Т £ 320-670 К упродовж 0,2Ш 10 год, то L^ 10-100 нм.

У плівках V-0 також спостерігався подібний ефекти максимальна розчинність кисню в зразках товщиною поа рядку Юпм має величину 23%, в той час як у масивних зрав зках не більше 3%.

Мп також спостерігали природне старіння плівок Сг щ Sc за такою схемою:

На рисунку 2.12 наведенні типові дифракційні карти-Ш ни, що ілюструють процеси старіння у плівках хрому. Фазо-в ві процеси старіння протікають без зміни хімічного складу і фаз при поліморфних і мартенситних перетвореннях, крис-И галізації аморфних фаз та ін.

При макро- і субструктурних процесах старіння хіміч­ний склад, тип решітки або агрегатний стан залишаються незмінними, однак змінюються макро- і субструктурні ха­рактеристики, а також такі фізичні властивості, як дисперс­ність та взаємна орієнтація макро- і мікрообластей криста­лічної решітки, її деформація, концентрація і розподіл точ­кових, лінійних, поверхневих та об'ємних дефектів. До цих процесів також належать рекристалізація, відпочинок, полі-гонізація, виникнення та зміна текстури, двійникування, по­ява або релаксація мікро- та макронапружень.

Крім зазначених процесів старіння, до них відносять також польове старіння, яке полягає в зміні структури та фізичних властивостей під дією достатньо сильних зовніш­ніх полів (електричного, магнітного, механічних напружень тощо ). Прикладом таких перетворень може бути поведінка прошарку аморфного діелектрика SiO у плівкових конден­саторах (під дією електричного поля виникають включення в аморфній матриці SiO кристалічного і аморфного 5/, а та­кож 5/(ѕ). Польове старіння та електричний пробій конден­сатора саме і пов'язані з фазовим перетворенням у SiO.