Сумський державний університет icon

Сумський державний університет




НазваСумський державний університет
Сторінка1/13
Дата14.07.2012
Розмір1.79 Mb.
ТипДокументи
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13




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   ...   13

Схожі:

Сумський державний університет iconКонспект лекцій Суми Сумський державний університет 2012 Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Сумський державний університет
Внутрішній економічний механізм підприємства: конспект лекцій / укладач Н. В. Мішеніна.– Суми : Сумський державний університет, 2012....
Сумський державний університет iconСумський державний університет. Бібліотека. Довідково-інформаційний відділ
Дні відкритих дверей Сумський державний університет// Данкор. 2007. №45. 7 ноября. С. Б49
Сумський державний університет iconСумський державний університет 3492 методичнi вказiвки
Методичні вказівки до виконання курсового та дипломного проектування зі спеціальності 05050205 «Гідравлічні машини, гідроприводи...
Сумський державний університет iconСумський державний університет гуманізм. Трансгуманізм. Постгуманізм
Суми, 19-20 квітня 2013 року / редкол проф. Є. О. Лебідь, доц. А. Є. Лебідь– Сумський державний університет, 2013. – 97 с
Сумський державний університет iconСумський державний університет 3516 Методичні вказівки
Методичні вказівки до практичної роботи “Інформаційні технології апроксимації та прогнозування статистичних медичних даних” з дисципліни...
Сумський державний університет iconСумський державний університет О. О. Міцура, О. М. Олефіренко Управління інноваційним
Управління інноваційними проектами : конспект лекцій / укладачі: О. О. Міцура, О. М. Олефіренко. – Суми : Сумський державний університет,...
Сумський державний університет iconСумський державний університет економіка та організація діяльності об'єднань підприємств
Конспект лекцій з курсу «Економіка та організація діяльності об'єднань підприємств» / укладачі: О.І. Карінцева, М. О. Харченко, О....
Сумський державний університет iconМіністерство освіти І науки України Сумський державний університет 3542 збірник задач із дисципліни «Технологія використання стиснутих газів»
Збірник задач із дисципліни «Технологія використання стиснутих газів» / укладачі: Г. А. Бондаренко, С. О. Шарапов. – Суми : Сумський...
Сумський державний університет iconМетодичні вказівки з дисципліни «Зарубіжна література»
Суми Сумський державний університет 2011 Методичні вказівки з дисципліни «Зарубіжна література» до практичних і самостійних робіт...
Сумський державний університет iconМіністерство освіти І науки України Сумський державний педагогічний університет ім. А. С. Макаренка Сумський національний аграрний університет Сумська обласна державна адміністрація Управління освіти І науки ват сумихімпром інформаційний лист
Сумського державного педагогічного університету ім. А. С. Макаренка відбудеться регіональна наукова конференція молодих дослідників...
Сумський державний університет iconСумський державний педагогічний університет ім. А. С. Макаренка Бібліотека Навчально-виховний процес у вищій школі Інформаційний список літератури за 2 квартал Суми
Буряк, В. Криворізький державний педагогічний університет: на шляху до оновлення змісту освіти [Текст] / В. Буряк // Вища школа....
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