22 Чотири стадії росту плівки

Теоретичні розробки та електронно-мікроскопічні дослідження свідчать про таку послідовність утворення плівки:

• утворення адатомів на підкладці;

• утворення кластерів із декількох адатомів;

• утворення зародків критичного розміру;

• ріст цих зародків до надкритичних розмірів зі збідненням адатомами зон захоплення навколо зародка;

• утворення критичних зародків на не збіднених адатомами місцях;

• зрощення зародків і утворення острівців, що займають площу меншу, ніж сумарна площа, яку займали зародки;

• вторинний процес утворення зародків на звільнених ділянках підкладки;

• зрощення великих острівців з утворенням каналів на підкладці;

• заростання каналів у результаті процесу вторинного зародкоутворювання.

Перелічені дев'ять етапів утворення плівки Д.Пешлі узагальнив у вигляді чотирьох стадій росту плівки:

• утворення зародків та острівців;

• зростання (коалесценція) острівців;

• утворення каналів;

• перехід до структурно суцільної плівки.

Розглянемо більш детально ці чотири стадії.

22.1 Утворення острівців

Якщо спостерігати за процесом конденсації плівки в електронному мікроскопі, то вдається зафіксувати лише стадію раптового утворення критичного зародка, оскільки адатоми і навіть кластери мають такі розміри, що не спостерігаються на екрані мікроскопа. Якщо матеріалом плівки є нетугоплавкий метал, то характерний розмір критичного зародка 2-3 нм. Вони ростуть у трьох вимірах, але в площині підкладки з більшою швидкістю, ніж у напрямку нормалі до неї (рис. 2.3 а). Це пов'язано з тим, що ріст зародка відбувається за рахунок поверхневої дифузії адатомів, а не внаслідок прямого потрапляння. Для плівок, наприклад, срібла та золота, при Т_п  670 К концентрація критичних зародків складає величину 510¹⁴ м^-2, а мінімальна довжина дифузійного пробігу приблизно 50 нм.

22.2 Коалесценція острівців

На рисунку 2.3 проілюстровано процес коалесценції двох зародків сферичної форми (б, г) та з вираженою

Рисунок 2.3 - Мікроструктура та схема зміни острівців у процесі росту плівки: а – утворення острівців; б, в – різні стадії коалесценції острівців; г, д – схема зміни острівців у процесі їх коалесценції; е – утворення каналів

кристалографічною формою (в, д). В останньому випадку острівець, який утворився, набуває кристалографічної форми лише в тому випадку, коли він довгий час (для прикладу зазначимо, що коалесценція відбувається упродовж 10^-1 с) не взаємодіє із сусідніми острівцями. Процес коалесценції дуже нагадує процес злиття крапель у рідкому стані, що приводить до збільшення вільної поверхні підкладки й до утворення вторинних зародків між острівцями (рис. 2.3 б). Вторинний зародок росте до того часу, поки не зіткнеться із сусіднім. Якщо останній більших розмірів, то вторинний зародок дуже швидко зливається з ним і повністю входить у великий острівець.

Можливими механізмами перенесення у процесі коалесценції можуть бути об'ємна та поверхнева дифузії атомів. Експериментальні факти свідчать, що основним механізмом є поверхнева дифузія. Чим менший розмір частинки, тим помітніша ця дифузія. Рушійною силою коалесценції є результуюче зменшення поверхневої енергії острівців.