Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 icon

Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84




НазваНавчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84
Сторінка1/12
Дата15.05.2013
Розмір1.79 Mb.
ТипНавчальний посібник
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12




Міністерство освіти і науки України

Сумський державний університет




Проценко І.Ю., Шумакова Н.І.




Технологія одержання і застосування ПЛІВКових матеріалів


Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як


навчальний посібник для студентів вищих навчальних
закладів


Суми

Вид-во СумДУ

2008


УДК 621.793+538.975

П 84


Рекомендовано Міністерством освіти і науки України

(лист № 1.4/18-Г-2107 від 29 листопада 2007р.)


Рецензенти:

д-р фіз.-мат.наук, проф. Г.С. Воробйов

(Сумський державний університет, м. Суми);

д-р фіз.-мат.наук, проф. М.О.Галущак

(НТУ нафти і газу, м. Івано-Франківськ);

канд.фіз.-мат.наук С.М.Данильченко

(Інститут прикладної фізики НАН України, м.Суми)

^

Проценко І.Ю., Шумакова Н.І.


П 84 Технологія одержання і застосування плівкових матеріалів:
Навчальний посібник. - Суми: Вид-во СумДУ, 2008.- 198 с.

ISBN 978-966-657-162-8


У навчальному посібнику розглянуті технологічні основи одержання металевих, алмазоподібних і споріднених з ними плівок, їх особливості та фізичні властивості.

Навчальний посібник призначений для студентів та аспірантів вищих навчальних закладів освіти.


УДК 621.793+538.975

^
© І.Ю.Проценко,
Н.І Шумакова, 2008

ISBN 978-966-657-162-8 © Вид-во СумДУ, 2008


Зміст
С.
Передмова...................................................................................... 7

^ Частина 1 Технологія одержання та вимірювання

товщини тонких плівок…................................. 9

Вступ ..……………………...………………………….............. 9

Розділ 1 Методи одержання плівкових матеріалів…….. 10

  1. Основи термодинаміки та кінетичної теорії газів..…….. 10

    1. Рівноважний тиск пари………………………..…..... 10

    2. Розподіл атомів пари за швидкостями……….…....... 13

    3. Механізми випаровування рідин та твердих тіл.…. 16
  2. Конструкції термовипарників та їх застосування……… 19

2.1 Загальна інформація.................................................... 19

2.2 Випаровування із дротів та металевої фольги…...... 20

2.3 Випаровування із тиглів, матеріали тиглів………...21

2.4 Випаровування матеріалів електронно-

променевими методами…………………………...... 23

  1. Вакуумно-плазмова технологія..……………………….... 27

4 Плазмові випарники............................................................ 29

4.1 Випарники з випаровуванням матеріалу катода….. 29

4.2 Вакуумно-дугові випарники……………………....... 32

4.3 Випарники з випаровуванням матеріалу анода…... 33

4.4 Електронно-променеві випарники……………........ 35

  1. Метод іонного та реактивного розпилення…………...... 38

    1. Іонне розпилення………………………………….... 39

    2. Реактивне розпилення……………………………..... 45

  1. Особливості випаровування сплавів та хімічних

сполук................................................................................... 48

  1. Методи контролю товщини плівок………....................... 50

    1. Мікрозважування……………………………............ 50

    2. Метод кварцового резонатора…................................ 51

    3. Оптичні методи…………………………………....... 52

    4. Інші методи……………………………….................. 53

Розділ 2 Технологія осадження алмазоподібних мате-

ріалів на основі карбону.......................................... 55

Загальна інформація................................................................... 55

8 Характеристика елемента карбону................................... 57

9 Класифікація алотропів карбону..................................... 58

10 Фізичні властивості алотропів карбону.......................... 60

11 “Метастабільність алмазу” та шляхи його

одержання.......................................................................... 62

12 Хімічний синтез алмазу ................................................... 64

13 До історії розвитку хімічного синтезу алмазу................ 68

14 Методи одержання алмазоподібних плівок................... 71

14.1 Термохімічні методи осадження.............................. 72

14.2 Електророзрядні методи............................................ 74

14.3 Комбіновані розряди.................................................. 76

14.4 Методи одержання АПП на атмосфері................... 77

15 Методи одержання гідрогенезованих аморфних

С:Н плівок............................................................................ 78

16 Методи одержання ультрадисперсних

алмазів (УДА) і наноалмазів (НА)..................................... 79

Семінарські заняття.................................................................... 83

^ Розділ 3 Алмазоподібні та споріднені їм матеріали........... 85

17 Методи одержання............................................................ 85

18 Хімічний склад і кристалічна структура......................... 90

18.1 Нітрид титану.............................................................. 90

18.2 Карбід вольфраму........................................................ 93

Задачі та вправи .......................................................................... 96

Список літератури до частини 1................................................97

^ Частина 2 Взаємний зв’язок між умовами одержання

тонких плівок та їх особливостями................... 100

Розділ 4 Механізми конденсації та росту тонких

плівок........................................................................ 100

19 Уявлення про адатом, кластер та критичний зародок..... 100

20 Залежність розміру критичного зародка від матеріалу

плівки та підкладки……..................................................... 102

  1. Механізми конденсації плівок, їх узагальнена діаграма........... 102

  2. Чотири стадії росту плівки…………………………..….. 107

22.1 Утворення острівців…………………...................... 108

22.2 Коалесценція острівців…………………………..... 109

22.3 Утворення каналів.…..….......................................... 110

22.4 Утворення суцільної плівки...................................... 110

23 Критична товщина і критична температура конденсації 111


Розділ 5 Дефекти, макронапруження і процеси

старіння ................................................................ 114

  1. Утворення дефектів у процесі росту плівки…………..... 114

24.1 Дислокації…………................................................... 114

24.2 Межі зерен………………………………………..... 116

24.3 Шорсткість та пористість конденсатів………….... 117

  1. Епітаксіальний ріст плівок…………………………….… 120

25.1 Зародження епітаксіальних частинок……………… 120

25.2 Механізми епітаксіального росту………………….. 121

  1. Змінювання параметра решітки, псевдоморфний ріст

плівок………………………………….............................. 122

  1. Види спряжень кристалів при епітаксіальному рості….. 123

  2. Субструктура полікристалічних плівок……………........ 124

  3. Нанокристалічні та аморфні матеріали………………..... 125

  4. Внутрішні макронапруження в конденсатах………….... 129

30.1 Вплив температури підкладки…………………. 129

30.2 Причина виникнення макронапружень у плівках 130

30.3 Вплив товщини плівок, швидкості конденсації

та термообробки.......................................................... 130

30.4 Розрахунок величини SТ……………….……........ 131

30.5 Методи вимірювання S………………………........ 132

  1. Вплив іонного бомбардування підкладки на

властивості плівок.............................................………..... 133
  1. Процес старіння в тонких плівках………….……............ 139

Список літератури до частини 2...................…………............ 142

^ Частина 3 Датчики неелектричних величин................. 144

Вступ……………………………………………….................... 144

Розділ 6 Датчики температури……………………............... 146
Загальна інформація…………………………………….......... 146

33 Датчики температури із платини та нікелю..................... 149

34 Термопари…………………………………........................ 154

35 Терморезистори із від’ємним і додатним термічним

коефіцієнтом опору……………………………………........... 157

Задачі та тематика семінарських занять….............….............. 161
^ Розділ 7 Датчики тиску………………………………........... 164

36 Кремнієві датчики……………………………........…...... 164

37 Датчики на основі металевої плівки…............................. 166

Задачі……………………………………….………….............. 167
^ Розділ 8 Газові датчики та датчики вологості…….......... 169

38 Термокондуктометричні та термохімічні комірки…...... 169

39 Тонкоплівкові газові датчики……………………........... 172

40 Датчики вологості……………………………………....... 177
^
Розділ 9 Тензодатчики та датчики магнітних характер-
ристик на основі масивних і плівкових
матеріалів………..................................................... 179

41 Уявлення про тензоефект……………………………..... 179

42 Перетворення деформації тензорезистором………....... 182

43 Передача деформації чутливому елементу

тензорезистора……………………………………....…… 184

44 Металеві тензодатчики..................................................... 186

45 Напівпровідникові та полімерні тензорезистори…....... 188

46 Магніторезистивні датчики……….………………......... 190

47 Датчики Холла………………………………………....... 190

Задачі........................................................................................... 193

Список літератури до частини 3 ………………………..…... 194


ПЕРЕДМОВА


У даному навчальному посібнику, призначеному студентам й аспірантам фізико-технічних спеціальностей університетів, розглядаються питання, пов’язані з технологією одержання та застосуванням різних плівкових матеріалів. Цей науково-технічний напрям бурхливо розвивається, що стало можливим після освоєння методів одержання з попередньо заданими фізичними властивостями. Він дав поштовх широкому застосуванню плівкових матеріалів у оптиці, космічній та атомній промисловості, у техніці надвисоких частот, як захисних покриттів, елементів мікроелектронних схем, датчиків неелектричних величин, у кріогенній та обчислювальній техніці.

Таким чином, інтерес до тонких плівок викликаний не лише завданнями металознавства, як це було історично започатковано, а й перспективою для інженерів, пов’язаною зі створенням на базі плівкових елементів нових електронних приладів.

Необхідно підкреслити, що тонкоплівкові матеріали мають фізичні властивості, які істотно відрізняються від аналогічних у масивних зразках. Це обумовлюється двома головними причинами. По-перше, при одержанні плівки можна змінювати умови конденсації таким чином, що кристалічна структура зразка змінюватиметься від гранично неупорядкованого (аморфні та нанокристалічні матеріали) до досить-таки досконалого монокристалічного конденсату. По-друге, тонкий зразок (плівка, дріт, пластина) обмежений у розмірі в одному із напрямків, що приводить до появи ряду фізичних ефектів, які слабо виражені або взагалі не спостерігаються в масивних зразках. Такі явища, як відомо, одержали назву розмірних ефектів. Розмірні ефекти в найбільш широкому їх розумінні – це явища, які полягають у змінюванні фізичних властивостей при зміні розміру зразків у одному із напряків, унаслідок чого зростає внесок поверхневих процесів та поверхневих властивостей порівняно з об'ємними.

У першій частині посібника розглядаються два основні питання: методи одержання металевих вакуумних конденсатів та алмазних, алмазоподібних плівок і споріднених із ними матеріалів.

У другій частині проаналізовані питання взаємного зв’язку між умовами одержання плівок та їх особливостями (механізми конденсації та росту, дефектність кристалічної структури, стабілізація аморфного чи нанокристалічного стану та проблеми старіння вакуумних конденсатів).

Третя частина посібника присвячена проблемі застосування плівкових матеріалів як чутливих елементів датчиків неелектричних величин (температура, тиск, вологість, деформація та ін.).

Автори висловлюють щиру подяку рецензентам, зауваження яких сприяли покращанню наукового і методичного рівнів посібника.


Частина 1 Технологія одержання та вимірювання товщини тонких плівок


Вступ


Сконденсовані металеві плівки вперше були одержані в 1857 році М. Фарадеєм під час проведення ним дослідів із руйнування в атмосфері інертних газів металевих дротів при пропусканні через них електричних струмів. Подальші експерименти в цьому напрямку обумовлювалися насамперед практичними потребами у виготовленні оптичних та астрономічних приладів (дзеркала, інтерферометри та ін.). До 1940-х років тонкі металеві плівки здебільшого використовувалися для наукових (металознавчих) досліджень. Проте з удосконаленням вакуумної техніки, коли з’явилася можливість організувати масове виробництво та контроль властивостей тонких плівок, почалося їх впровадження у промисловість. Останніми роками галузь застосування плівок значно розширилася, причому на різних рівнях: від сонячних окулярів до елементів мікросхем.

Розпочаті у 1950-60 роках дослідження синтезу алмазу стимулювали розвиток методів одержання алмазних, алмазоподібних і споріднених з ними плівкових матеріалів. Особливу увагу дослідники приділяють алмазоподібним плівкам, які мають унікальні фізичні властивості.

У першій частині посібника аналізуються різноманітні методи одержання металевих та алмазоподібних плівкових матеріалів: від історично перших методів випарування із дротів, фольги і тиглів до найбільш сучасних вакуумно-плазмових та дугових методів, електророзрядних, лазерних та іонних методів осадження.

^ Розділ 1 Методи одержання плівкових матеріалів

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Схожі:

Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 ббк 67. 9 (4 Укр) 304 о-60
Законодавство України про релігію і церкву: Навчально-методичний посібник. – Суми: Вид-во СумДУ, 2008. – 107 с
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 ббк 67. 9 (4 Укр) 304 о-60
Законодавство України про релігію і церкву: Навчально-методичний посібник. – Суми: Вид-во СумДУ, 2008. – 107 с
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 78 (076) с 34
Текст кожної роботи містить короткий теоретичний вступ, опис апаратури І методики досліджень результатів експериментів. У кінці кожної...
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 548/549(075. 8) П 92
Кожен з основних розділів посібника містить тести для контролю знань. У додатку наведені завдання І розрахункові формули, необхідні...
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 б бк 34. 53. 4я73
Особливу увагу приділено питанням розроблення прогресивних технологій, економіки виробництва, оформлення текстової та графічної частин...
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Видавництво Сумду 2008 удк 004. 738. 5(075. 8)
Описаний комп'ютерний інструментарій, що рекомендується для розроблення математичних моделей. Викладення теоретичного матеріалу супроводжується...
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів спеціальностей 090214, 090214 Харків 2009 удк 621. 873
...
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми двнз "уабс нбу" 2013 удк 658. 114. 45(075. 8)
Управління фінансами акціонерних товариств [Текст] : навчальний посібник / Державний вищий навчальний заклад «Українська академія...
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Київ Видавництво "Істина" 2008 ббк 67. 7я7(4укр) Ю20
Ю20 Юзікова Н. С. Судові та правоохоронні органи України: Навчальний посібник. — Вид четверте, пєрероб. і допов. — К.: Істина, 2006....
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Суми Вид-во Сумду 2008 удк 621. 793+538. 975 П 84 iconНавчальний посібник для студентів медичних вищих навчальних закладів та лікарів-інтернів
Рекомендовано Центральним методичним кабінетом з вищої медичної освіти моз україни як навчальний посібник для студентів вищих медичних...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи