Образование адсорбционной фазы: механизмы и кинетика элементарных процессов взаимодействия отдельных атомов с поверхностью при их осаждении из газового потока

Если на поверхность твердого тела, находящегося в вакууме, действует (осаждается) поток частиц с плотностью j (на практике, в технологии осаждения покрытий используются потоки с j ~ 10¹⁰…10²⁰ атомов/(с×м²), то при взаимодействии отдельного атома с поверхностью протекают следующие относительно элементарные процессы:

2.1.1. Энергообмен (аккомодация)с поверхностными атомами подложки.

В зависимости от условий энергообмена, природы взаимодействующего атома и атомов подложки возможны две взаимоисключающие друг друга ситуации (Рис. 2.6):

Рис.2.6. Взаимодействие атомов с поверхностью

а) атом упруго отразился;

б) атом закрепился на поверхности – перешел в адсорбированное состояние.

Для характеристики термической аккомодации используют коэффициент аккомодации а_т, который определяет долю энергии, переданной атомам поверхности при взаимодействии. Если распределение по энергии падающих и исходящих с поверхности атомов подчиняется закону Максвелла, то

а_т или а_{т ,}

где Е ¯ и Т ¯ – энергия и температура атомов, поступающих на поверхность; Е ­ и Т ­ – энергия и температура атомов, уходящих в газовую фазу; Е_п и Т_п – энергия и температура атомов подложки соответственно.

При Е­=Е_п имеем а_т=1, т. е. наблюдается полная аккомодация. Считается, что всегда при реализующихся на практике условиях и режимах осаждения а_т£1.

Установлено, что практически полный энергообмен между атомами на поверхности происходит за время, равное двум периодам согласованных колебаний адсорбированного атома (адатома) и атома подложки: t_т»2t_о (t_о – период колебаний атомов в решетке, t_о~ 10^-12…10^-13с). Расчеты показывают, что если массы атома подложки и атома, взаимодействующего с поверхностью, примерно равны и Е¯ < 25 E_а то аккомодация практически всегда полная, и в итоге атом закрепляется (адсорбируется) на поверхности. Если взаимодействующий с поверхностью атом имеет массу меньшую атома подложки, то аккомодация всегда неполная (а_т<1).

Поиск по сайту: