Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках

исследования поверхности
Работу выполнил:
Аспирант 4 года обучения
Петров Андрей
Казань, 2019:

которых находится в диапазоне от долей нанометра (моноатомного слоя) до

нескольких микрон.

Н-О связь 0.96Å

Диаметр нанотрубки
1-2 нм

Сусальное золото
~100 нм

Волос ~40 мкм

Печатная плата 0.1-1 мм

Диаметр монет 2-3 см

Рост человека

Тонкие пленки

Толстые пленки

мм]
Тонкая пленка

300 нм
Отражатель теплового излучения
Один из линейных размеров значительно

меньше, чем два других
Свойства существенно отличаются от свойств объемного материала
На свойства могут влиять толщина пленки и микроструктура
Разные толщины пленок определяют разные области применения одного и того же материала.

тонкоплёночные поляризаторы
Интегральная оптика
Фотодетекторы
TFT LCD дисплеи

Будущее применение
Оптическая память (объемная оптическая память,

голографическая память)

диоды)
Интегральные схемы (СБИС)
Приборы с зарядовой связью (CCD-Charge-Coupled Device)

Альтернативная энергетика
Приемники солнечной

энергии и солнечные элементы
Теплоизоляция (фольга с металлическим покрытием)

Магнитные приложения
Компьютерная память (физическая память, машинная память)
Магнитные головки считывания и записи

коррозии
Пассивация поверхности
Декоративные покрытия
Каталитическое покрытия
Хромирование
Покрытия из нитрида титана
Материаловедение
Сверхтвердые кристаллы
Аморфный кремний
Металлические стекла
Ультрадисперсные

порошки
Сфероидизация материалов с высокой температурой плавления
Высокочистые полупроводники

Криотехника
Сверхпроводящие тонкие плёнки, переключатели, память
Сверхпроводящий квантовый интерферометр (SQUID)

Биомедицина
Биосовместимые покрытия имплантатов
Неврологические датчики

Сенсорные датчики
Сбор данных в агрессивных условиях и средах
Телеметрия
Биологическая сенсорная техника

Бойль и Р. Гук).
~1850 г. – Развитие первых методик осаждения

(М. Фарадей, У. Грове, А. Райт, Т. Эдисон) и методов определения толщин (Ф. Араго, А. Физо и др.).
~1930 г. – Прототип просвечивающего электронного микроскопа (Э. Руска).
~1940 г. – Индустриальное производство покрытий для оптических, электронных, механических и защитных приложений. Устройства и техника вакуумного напыления.
~1960 г. – Высоковакуумная техника. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Аналитические методы исследования поверхности (AES, XPS, SEM, LEED).
~1965 г. – Развитие тонкопленочной технологии в неотъемлемую часть массового производства
в полупроводниковой и оптической промышленности.
~1980 г. – Сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовой микроскоп.
~1990 г. – Тонкие пленки с высокой температурой Кюри (Сверхпроводники).
~2000 г. – Осаждение высокоупорядоченных двух- и трехмерных объектов с размерами в нанометровом диапазоне.
~2006 г. – Исследование органических покрытий приводит к появлению органической электроники (OLED, печатные схемы).
~2009 г. – Контролируемый рост нанотрубок, нанопроволок и наноразмерных гетероструктур. Осаждение слоев графена.

(подложки)
Рассогласование решеток не более 10%

за счет движения ступеней:
Барьер Эрлиха-Швобеля

с двумя соседями через положения над атомом подложки
Модель агрегации при

ограниченной диффузии

на Pt(111)
Формирование пленки FePt при различных условиях напыления
Форма островков

анализа поверхности на основе дифракции частиц

падающие под скользяющим углом 1-5 градусов и проникающими на глубину

материала порядка 10 ангстрем

По яркости и четкости дифракционных рефлексов можно качественно судить о структурном совершенстве поверхности. Однако связь не столь очевидна, как в случае дифракции медленных электронов.
По проекции обратной решетки может быть восстановлена двумерная решетка поверхности в реальном пространстве. Для надежного определения полной двумерной периодичности необходим получить картины для нескольких азимутальных направлений.
Используется для количественного структурного анализа, то есть для проверки моделей атомного строения поверхности.

материала

1-5 кэВ. В качестве анализаторов энергии электронов чаще всего используются

анализаторы типа «цилиндрическое зеркало», полусферические и четырех-сеточные анализаторы.

электрона,
а α – равна полуширине угловой апертуры
от апертурной диафрагмы.

подложке TiO2(110)

годов Гердом Биннингом и Генрихом Рорером, которые в 1986 году

за это изобретение получили Нобелевскую Премию по физике.

Основные компоненты сканирующего туннельного микроскопа:
Атомарно острая игла, обычно изготовленная из металлической проволоки (W, Pt-Ir, Au).
Сканер для растрового движения иглы по исследуемому участку поверхности образца.
Электронная цепь обратной связи для контроля величины промежутка игла-образец.
Компьютерная система для управления положением иглы, сбора данных и преобразования данных в изображение

Кристофером Гербером в 1982 году. Принцип работы микроскопа основан на

измерении смещения сканирующей иглы под действием сил Ван-дер-Ваальса.

Качественная зависимость силы Ван-дер-Ваальса от величины межатомного расстояния.

Саранин, А.В. Зотов, М. Катаяма. Введение в физику поверхности –

М.: Наука, 2006 – 490 с.
Т. Л. Алфорд, Л.К. Фельдман, Д.В. Майер. Фундаментальные основы анализа нанопленок – М.: Научный мир, 2012. – 392 с.
Scanning electron microscope - Wikipedia, the free encyclopedia [Internet].
[updated 2019/06/12; source: https://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope

Список тем для самостоятельного изучения:

Методы и техника роста тонких пленок (молекулярно-лучевая эпитаксия и химическая лучевая эпитаксия)
Метод зондирования ионами для анализа поверхности.
Фотоэлектронная спектроскопия.