Главная » 2014 » Сентябрь » 24 » Скачать Формирование рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом. Гончаров, Игорь бесплатно
9:21 PM
Скачать Формирование рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом. Гончаров, Игорь бесплатно
Формирование рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом
Диссертация
Автор: Гончаров, Игорь Юрьевич
Название: Формирование рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом
Справка: Гончаров, Игорь Юрьевич. Формирование рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.07 Белгород, 2004 194 c. : 61 05-1/114
Объем: 194 стр.
Информация: Белгород, 2004
Содержание:
Глава 1 Основные методы исследования и анализа микрорельефа поверхности углеродного конденсата
11 Основные методы исследования поверхности, их сравнительный анализ
12 Физические основы и особенности применения сканирующей зондовои микроскопии для исследования поверхности тонких пленок
121 История возникновения и развития сканирующей зондовои микроскопии
122 Основные области применения сканирующей зондовои микроскопии
123 Общие принципы работы сканирующего зондового микроскопа
124 Потенциал взаимодействия зонда с образцом Режимы работы ^ атомно-силового микроскопа
125 Основные типы сил взаимодействия в атомно-силовой ^^ микроскопии
126 Физические модели взаимодействия кантилевера (микрозонда) с поверхностью
13 Основные методы анализа микрорельефа поверхности
131 Статистический анализ поверхностей в сканирующей зондовои микроскопии
132 Фрактальный анализ поверхностей в сканирующей зондовои микроскопии
14 Результаты исследований поверхности углеродных покрытий, получаемых различными методами
141 Структурные особенности углеродного конденсата
142 Аморфный углерод
143 Исследования поверхности углеродного конденсата с помощью сканирующей зондовой микроскопии
144 Фрактальный анализ поверхности углеродного конденсата
Выводы к главе
Глава 2 Анализ влияния свойств углеродных сверхтвердых покрытий на процесс сканирующей зондовой микроскопии их поверхности
21 Упругие взаимодействия Задача Герца
22 Капиллярные силы
23 Сила Ван-дер-Ваальса
24 Адгезионные силы
25 Предельное разрешение в контактном режиме
26 Влияние коэффициента трения на сигнал обратной связи
27 Деформации микрозонда и исследуемого образца покрытия
28 Влияние упругих свойств поверхности углеродных покрытий на процесс СЗМ в режимах прерывистого контакта и модуляции силы
Выводы к главе
Глава 3 Результаты экспериментальных исследований
31 Сканирующий зондовый микроскоп Смена-А
32 Экспериментальная установка УВНИПА
33 Измерение толщины тонких пленок, получаемых вакуумно- дуговым методом с использованием сканирующей зондовой и оптической микроскопии
34 Исследование топографии поверхности кремниевых подложек до и после процесса ионного травления
35 Исследование микрорельефа переходного подслоя Ti
36 Динамика изменения микрорельефа углеродного конденсата в диапазоне толщин им мкм, полученного импульсным вакуумнодуговым методом
37 Влияние ионной бомбардировки на формирование микрорельефа углеродного конденсата
38 Влияние искусственно созданного геометрического фактора на подложке (выступа, впадины, ступени) на формирование микрорельефа углеродного конденсата
39 Влияние сепарации плазменного потока углерода на микрорельеф и степень шероховатости углеродного конденсата
Выводы к главе
Глава 4 Начальная стадия формирования микрорельефа поверхности углеродного конденсата по результатам сканирования Б полуконтактном режиме с модуляцией колебаний кантилевера
Выводы к главе
Глава 5 Феноменологическая модель формирования рельефа поверхности углеродного конденсата в условиях ионной бомбардировки
51 Начальная стадия формирования фрактальных кластеров с критическим размером на активных центрах
52 Укрупнение фрактальных кластеров, образование свободного объема и уплотнение фрактальной структуры под действием сжимающих напряжений
53 Формирование поверхностного рельефа
Выводы к главе
Введение:
Актуальность темы. Нанотехнология является одним из наиболее ^ интенсивно развивающихся разделов науки, показательно, что Соединенные Штаты Америки значительно увеличили финансирование научных исследований в данном направлении, начиная с 2003 года. Одна из перспективных областей нанотехнологии - это нанесение тонких пленок в вакууме (нанослоев) и модифицирование поверхности пленок с использованием ионных пучков. Уже определены в основном возможные области применения нанослоев. Это защитные покрытия на различных видах деталей, покрытия с улучшенными трибологическими характеристиками, термобарьеры, диффузионные барьеры, биосовместимые покрытия, полупроводниковые датчики и т. д.В последние годы во всем мире значительно вырос интерес к вакуумно-дуговым методам получения углеродных покрытий. Это подтверждается большим количеством на)Д1ных исследований и публикаций, а также повышенным интересом к этой технологии отечественных и ьг западных компаний. К примеру, сверхтонкие (порядка нескольких нанометров) и сверхтвердые пленки углерода, получаемые вакуумнодуговым методом, предполагается использовать для защиты тонкого магнитного слоя жестких дисков компьютеров, толщина которого уменьшается по мере повышения емкости накопителей. Перспективной областью использования углеродных конденсатов является твердотельная электроника, а также защита голографического и дифракционного микрорельефа.Исследования поверхности тонких слоев толщиной от долей нанометров до десятков микрон с использованием современных методов, таких как сканирующая зондовая микроскопия, требуют проведения большого объема исследовательских работ для получения достоверного результата применительно к углеродному конденсату.В настоящее время известно, что при конденсации углеродной плазмы на поверхности покрытия образуются микровыступы (конусы, вискеры), механизм образования которых во многом неясен. В научной литературе нет данных об исследованиях рельефа поверхности углеродного покрытия в зависимости от энергии ионов, его толщины, а также о влиянии исходного профиля подложки на топографию формируемого на нем покрытия. Особый интерес представляет начальная стадия, формирования рельефа на поверхности. Кроме того, необходимы дополнительные исследования, направленные на определение методов воздействия на растущий конденсат с целью улучшения качества его поверхности.Исследования процессов формирования рельефа поверхности углеродной пленки и, в конечном итоге, получение возможности управления ими, открывают новые области применения, в частности, при создании твердотельных электронных элементов нового типа: эмиттеров на основе углеродных пленок, а также в технологии изготовления микрозондов (кантилеверов), применяемых в сканирующей зондовой микроскопии.Таким образом, тема исследований является актуальной как в научном плане, так и в ее прикладном аспекте.Цель работы. Экспериментальное и аналитическое исследование закономерностей процесса формирования рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом с использованием сканирующей зондовой микроскопии.Научная новизна работы.1. На основании анализа теоретических моделей взаимодействия микрозонда с поверхностью установлено, что микротвердость и модуль упругости углеродного конденсата могут приводить к деформации микрозонда и должны учитываться при обработке результатов. >.2. Установлено, что образование нановыступов начинается при достижении толщины конденсата 80 - 100 нм.3. На основании исследования динамики роста покрытий установлен немонотонный характер зависимости степени шероховатости от толщины, связанный с пороговым характером релаксации внутренних напряжений в покрытии, формируемом в термодинамически неравновесных условиях.4. Установлено, что отношение между диаметром микровыступов и их высотой сохраняется примерно постоянным для различных их размеров по мере роста толщины углеродного покрытия.5. Показано, что ионная бомбардировка и сепарация плазменного потока углерода от макрочастиц позволяют уменьшить степень шероховатости получаемых пленок.6. Установлено, что использование полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера позволяет значительно повысить разрешающую способность метода и наблюдать границы между микрокластерами.7. На основе анализа феноменологической модели формирования углеродного покрытия в условиях ионной бомбардировки показано, что внутренние напряжения в углеродном конденсате определяющим образом могут влиять на формирование микрорельефа поверхности покрытия.Практическая ценность работы.Результаты экспериментальных исследований, полученные в работе, расширяют представления о закономерностях формирования тонких пленок углерода в условиях ионной бомбардировки. Экспериментальные зависимости могут быть использованы в нанотехнологии для выбора толщины защитного покрытия ответственных деталей электронной техники, в частности, жестких магнитных дисков компьютеров, в технологии изготовления полевых эмиссионных дисплеев на основе углеродных пленок. а также при изготовлении микрозондов (кантилеверов), применяемых в сканирующей зондовой микроскопии.Результаты работы могут быть использованы для совершенствования технологии нанесения защитных и функциональных тонких пленок углерода различного назначения в микроэлектронике, оптике, медицине.На защиту выносятся следующие основные результаты и положения: 1. Результаты теоретического анализа особенностей сканирующей зондовой микроскопии и возможных артефактов для сверхтвердого углеродного конденсата, полученные с использованием моделей взаимодействия микрозонда с поверхностью, и рекомендации по выбору режимов сканирования.2. Результаты экспериментальных исследований рельефа поверхности углеродного конденсата в зависимости от его толщины, ионного облучения и предварительно сформированного микрорельефа с использованием контактного режима сканирования.3. Результаты исследований начальной стадии формирования микрорельефа на поверхности углеродного конденсата с использованием полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера.4. Феноменологическая модель формирования микрорельефа поверхности углеродного конденсата в условиях ионной бомбардировки.Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях: • IX Межгосударственной конференции «Радиационная повреждаемость и конструкционная способность материалов». — Белгород, 2001. • 6 Международной конференции «Вакуумные технологии и оборудование». - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003. • 15 Международном симпозиуме «Тонкие пленки в оптике и электронике». - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003. • 14th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubues, Nitrides & Silicon Carbide, 7-12 Septembers 2003, Salzburg Congress Center, Salzburg, Austria. • 9th International Conference on New Diamond Science and Technology, March 26 - 29, 2004, Waseda University International Conference Center Tokyo, Japan.Публикации. Основные результаты работы опубликованы в девяти статьях.Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и прилол^ения.В первой главе дан обзор литературы, в которой рассмотрены: основные методы исследования поверхности, проведен их сравнительный анализ, описаны физические основы и особенности применения сканирующей зондовои микроскопии для исследования поверхности тонких пленок, рассмотрены принципы работы сканирующего зондового микроскопа.В главе также рассмотрены основные параметры для анализа микрорельефа поверхности.Далее представлены результаты исследований поверхности углеродных конденсатов, получаемых различными методами.Во второй главе приведен анализ влияния свойств углеродных сверхтвердых покрытий на процесс сканирующей зондовой микроскопии их поверхности.В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований (режимы сканирующей зондовой микроскопии, описание экспериментального оборудования, использованного для получения углеродного покрытия, зависимости микрорельефа углеродного конденсата от условий его формирования), сопоставления экспериментальных данных с результатами моделирования.Четвертая глава посвящена исследованию начальной стадии формирования микрорельефа на поверхности углеродного конденсата с использованием полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера, повышению разрешающей способности метода, наблюдению границ между микрокластерами углерода, а также исследованию влияния ускоряющего потенциала, приложенного к подложке, на размер микрокластеров углерода.Пятая глава содержит описание феноменологической модели формирования рельефа поверхности углеродного конденсата в условиях ионной бомбардировки.В заключении приводятся основные выводы. -т