книги из ГПНТБ / Аммер, С. А. Нитевидные кристаллы (получение, механизмы и кинетика роста) учеб. пособие

_.191 _

етоя гальваническая ячейка из контактирующих материалов

При пропускании электрического тока он насыщался ионоии сереб­ ра. В результате тепло излучения вдоль образца созданапся тем­

квадрату пересыщения. Процесс был обратимым: при пропускании тока в обратном направлении НК растворялись со скоростью, опре деляемой убыванием атомов серебра на горячем конце. Изменяя

пересыщения. Предполагается, что кристаллы зарождаются в мес­ тах выхода на поверхность дислокаций, поскольку они действуют как узлы скопления адатомов [775,776] . Этим обгоняется не­ равномерность распределения мест зарождения и роста НК по по­ верхности образца. Процеос во многом зависит от соотнот»■

ионной и электронной проводимостей соединений.

Злектроперенос, обусловленный ионной проводимостью, может быть причиной ориентированного роста усов на поверхности неко­ торых тонкопленочных покрытий металлических сплавов при пропуо кании через них электрических токов [702*,705,709,777] , При этом у положительного контакта растут НК, обогащенные одной

_ 192 _

компонентой сплава, у отрицательного - другой. Как правило,

Наложением электрического поля можно значительно повы­ сить скорость роста НК на поверхности кристаллов СмО£ в ат­ мосфере водорода (Т * 300°С) [257] .

в) Рост из газовой фазы Ранее нами уже рассматривался рост НК из газовой фазы

в электрической дуге как один из методов физического осаждения.

Кристаллы образовывались в конденсате на отрицательном электро­

де. Ниже будут рассмотрены результаты работ отечественных и

зарубежных авторов, направленных на выяснение влияния электри­ ческого воля на рост усов при осаждении из пара. Оговоримся

сразу, что число таких работ невелико.

Абдуллаев с сотрудниками [451] исследовали влияние электро­

статического поля на кинетику кристаллизации селена. Рост крис­

щественно вдоль силовых линий и оказывались крупнее монокрис­

чале была пропорциональна напряженности поля, затем при 360 в/см достигала максимума и далее убывала до нуля (в ампулах начинал­ ся электрический разряд).

Рост НК, ориентированных вдоль силовых линий, поля, отме­

до 1000 в/ом) оказывало примерно такое же воздействие на рост,

нетика кристаллизации усов из газовой фазы в электрическом по­

согласуются с упругостью паров, вычисленной другими авторами для средней скорости роста 3 икм-сек-*. Однако действие ионного механизма рассматривается параллельно с действием, атомного.

Увеличение скорости кристаллизации в электростатическом поле, вероятнее всего, происходит за счет поляризации. Молеку­ лы могут представлять собой диполи или становиться дипольными под действием поля (45IJ. Поэтому не исключена возможность,

что поверхность растущего кристалла притягивает из пара диполь­ ные молекулы, в результате чего инициируется рост вдоль сило­ вых линяй. Следует иметь также ввиду, что поде изменяет энер­ гетическое состояние адсорбирующихся атомов я растущей поверх­ ности кристалла [790,791] .

Влияние магнитного поля Влияние магнитного поля изучено еще в меньяей степени,

чем электрического, и, как правило, не учитывается эксперимен­ таторами. Арнольд [792]предпринимал безуспевные попытки пов­ лиять на скорость роста НЕ олова на оловянных пластинах.

Вработе [7981 при восстановлении галоидных солей железа

имеди сравнивались результаты роста НК в присутствии и отсут­

ствии поля СВ 4 0,4 тл ). Было обнаружено, что в случае меди поле не оказывало заметного влияния на рост усов. Для железа же в поле было характерным образование на начальном этапе крис­ таллизации вытянутых вдоль силовых линий поля сталагмитообраз­ ных поликристаллов, на которых потом ухе могли расти НК с про­ извольной ориентацией. Поликристалл; легко расщеплялись и проч­

ное» хх била значительно няне, чем у НК. Полякристаллическяе

нити образовывались в поле и в опытах по выращиванию кристал­ лов железа путей разложения при нагреве карбонилов металла ?

[794] . По всей видимости поликристалличностьнитей была следствием неоптимального выбора температуры, пересыщения и индукции магнитного поля.

З А К Л Ю Ч Е Н И Е

Несмотря на разнообразие методов выращивания нитевидных

кристаллов,можно заметить нечто общее в ростовых процессах.

месей.

Зарождение НЯ во многих случаях происходит и на других дефектах подложки: царапины, границы зерен, одиночные дислока­ ции, выходящие на поверхность, инородные макровключения и т .п .

Именно в связи с этим НК растут не равномерно по поверхности подложки, а в виде скоплений, кустов. Вполне возможно, что указанные дефекты аккумулируют примеси,и зарождение усов на них происходит по этой причине.

Многие исследователи отмечают влияние напряжений, создава­ емых в подложке,на зарождение и рост НК. Такие напряжения могут

-J J6 -

создаваться , например, в конденсате при осаждении из газовой

"фазы, полиморфных превращениях, окислении, при механической

деформации и т .п . Поскольку напряжения^ основном связаны с

введением в подложку структурных дефектов,их следует рассмат­ ривать неразрывно.

При осаждении из газовой фазы зарождение НК требует низ­ кого пересыщения. При повышении пересыщения вначале ускоряется

радиальный рост ПК, снижается совершенство их структуры, обра­ зуются дендриды,и затем создаются условия для перехода к росту массивных кристаллов. Высокие пересыщения способствуют форми­ рованию мелкодисперсных поликристаллических конденсатов и по­

щественно через пересыщение. Однако изменение параметров диффу­ зии при этом также, очевидно, играет немаловажную роль. На скорости поверхностной диффузии отражается присутствие приме­ сей.

Электрические и магнитные поля оказывают влияние на морфо­ логию кристаллов, которое еще недостаточно изучено.

-1 97 -

ЧА С Т Ь П.

МЕХАНИЗМЫ И КИНЕТИКА РССТА НК

Несмотря на значительные успехи, достигнутые в изучении

методов получения усов,вести поиск единого универсального меха­

низма, применимого для всех случаев. Мало того, можно допус­ тить, что в сложных условиях процесса кристаллизации создаются

предпосылки для одновременного или поочередного действия нес­ кольких механизмов.

ких явлений, как зарождение НК, адсорбция катализ, десорбция,

диффузии, влияние примесей в процессе кристаллизации и д р .,

пока не представляется возможным.

- 1 9 8 _

ДИСЛОКАЦИОННО-ДИФФУЗИОННЫЕ МЕХАНИЗМЫ

Для объяснения роста кристаллов из газовой фазы при ма­

лых пересыщениях многие исследователи следуют идее Франка,

Кабреры и Бартона [795,796 ] , высказанной ими еще в 1949 г .,

о кристаллизации на винтовых дислокациях. Винтовая дислокация с вектором Бюргерса, нормальным к поверхности, создает на ней спиральную незарастающую ступеньку (рис.29). Такая ступенька будет эффективным поглотителем адсорбированных атомов. Атомы,

осаждающиеся из пара на ступеньке, вызовут вращение ее вокруг дислокации. При этом витки спирали, расположенные ближе к ядру дислокации, будут вращаться быстрее, что приведет к удлинению

зародыша. Образующаяся пирамида роста может дать начало НК с оксиальной винтовой дислокацией.

Сирс [95] использовал эту модель для объяснения роста НК ртути при физическом осаждении. Если предположить, что каждый атом, попадающий на вершину, присоединяется к ней, а радиус кристалла остается неизменным, то по законам газовой динамики для линейной скорости роста НК,получаем:

(10«

где Р - равновесное давление паров металла над растущей поверх­ ностью ; р - плотность кристалла; (П - масса атома.

Экспериментальная проверка показала, что реальная скорость рос­ та НК почти на три порядка превышает теоретически рассчитанную по формуле (101). Поэтому далее Сирс предложил учитывать, и те атомы, которые, адсорбируясь на боковой поверхности НК, диффун­

дируют к его вершине. Однако, не все адатомы способны ее достичь.

_ .19? _

Часть их вновь перейдет в пар. На вершину попадут лишь те ато­ мы, которые осаждаются на расстоянии ас=А от нее (где Л диффузионный путь адатома за время жизни в адсорбированном состоянии). Средняя дтика диффузионного пробега адатома:

развития ступеней от основания. Максимальное поперечное сечение