1. Модели окисления (Модель «пчелиного роя»)
II . Окисление в адсорбированном слое
Длина свободного пробега в адсорбированном слое
Вероятность столкновения равна примерно 1.
г −1
пад
г −м
Ограничивать будет не кол-во столкновений,
м
λ = (N
×
δ
1+
M
)
M
а минимум испарившихся атомов.
Возможны 2 типа реакций окисления
N адс
а) при низкой скорости испарения, либо в*очень низком вакууме. (Реактивное испарение)
адс
Скорость окисления ограничивается концентрацией
адс
исп
p
k
0 II
s
uсп
, где
′ = dN ×K ×exp(− E )
J
dtкT
б)
N
E * и при высоком вакууме
при очень высокой скорости испарения
J 0 IIг″ = JК× s. К× ×exp(− )
аг
.
кT
, где
= NК × К ×
1
J г = N v ⋅ Cв
4
Скорость ограничивается потоком остаточных газов
dN адс
М
Критический режим″
перехода из одного типаJ ⋅ K в другой определяется равенством ок
= реакции
′
m =J × ×
T
J 0 II = J 0 II
dTисп
г
a1г1
0 II
0 IIисп
NA
2
Около критического режима появляется возможность управления свойствами плёнки через долю

2. Модель окисления Кабрера-Мотта
III . Окисление поверхности плёнки
Существуют 2 механизма окисления: а)по модели Кабрера - Мотта б)по модели Вагнера
а) закон Кабрера - Мотта справедлив при образовании на поверхности очень тонких плёнок
потускнения.
1.Физическая адсорбция O2 на поверхности
2. Превращение молекул в химические
O
адсорбированные атомы
3. Переходов из металла к кислородным атомам
путём туннелирования; на поверхности
появляется электронный заряд.
e
4.Диффузия потоков под действием
кулоновских сил
eVz
δ
O2
5. Образование окисной плёнки на поверхности
6. Повторение с адсорбции
Этот механизм работает до таких толщин окисла, пока не
O
экранизируется химическая адсорбция
на поверхности,т.е.
пока возможно туннелирование электронов
Масса окислов на 3-ей стадии
Массовый коэффициент диффуззии
′
m0 III = K ⋅ T
K = K 0 ×exp[(− E −
eVza
) / kT ]
δ
E
a , где -энергия связи
δ -параметр решётки
3

3. Модель окисления Вагнера.
б) дальнейшее окисление возможно только за счёт подвода тепла путём термодиффузии атомов Ме и О
через окисную плёнку потускнения
Поверхность не окисляется, если на 1-ой и 2-ой стадии образуется толстая плёнка
окисла . Таким образом при нагревании подложки за время испарения на поверхности пленки
образуется масса окислов, равная
′′
(m0 IIIп) =исп ×
K t
 E 
К п = К оп ×exp  − ÷
 kT 
.
при Т>1000 К
Массовый коэффициент окисления и электропроводность
3
β=
β
∑m
i =1
3
oi
mпл = mисп + mприс.О
mпл
∑m
i =1
0i
= m0 I +m0 II + m0 III
ρ
MeO2
'
I OII низкая скорость испарения или низкий вакуум
''
I OII
MeO2 + Me
В формировании электропроводности решающую
Me
0,01
'
I OII
0,1
1 10 '' 100
I OII
высокая скорость испарения и высокий вакуум
N исп
Nг
роль играют окислы
4

4. Модель структуры двухфазных плёнок
Электронно -микроскопические исследования показывают, что тонкие плёнки состоят из 2-х фаз:
одна прозрачна для электронов, другая нет. На фотографиях это тёмные (металлы) и светлые
участки (полупроводники и диэлектрики)
Зерна в плёнках сохраняют кристаллографическую ориентацию
Стремление к минимальной поверхности приводит к образованию равноосных зерен с
размерами близкими к толщине плёнки
В первом приближении структуру плёнки можно представить следующей моделью
δ
2
δ
r
δ
d
r +δ = d
Объёмная доля окислов
3
Массовый коэффициент окисления
3
υ ме r 3  d − δ   δ 
γ
q=
= 3=
 =  1 −  = 1 − β 0 ⋅ пл
υ пл d  d   d 
γ ок
q
γ пл
mок
γ ок ⋅ δ 3
β=
=
mпл
γ пл ⋅ d 3
3
γ
δ 
= β ⋅ пл
 
γ ок
d 
Плотность пленки
γ пл = γ ме ⋅ q + (1 − q) ⋅ γ ок
d
5

5. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДВУХФАЗНЫХ ПЛЕНОК
δ
2
Модель Вольгерра
Rок
r
Rме
Rок
Сопротивление квадрата пленки
ρW = Rме + 2 Rок
.
ρ ме ×r
Rме =
r2
ρме
ρок ×
δ
ρW =
+2
r
2r 2
ρ ок > > ρ ме
ρок ×
δ
Rок =
2r 2
Rок
Удельное сопротивление пленки
ρ ме d ρ ок ×δ ×d
δ
ρ пл = ρ ×d =
+
≈ ρ ме + ρ ок ×
2
r
r
r
Температурный коэффициент сопротивления пленки
α пл =
d ρ пл 1
ρ
dρ
ρ
ρ
ρ δ
d 
δ  1 dρ
δ
× =  ρ ме + ρ ок × ÷ × = ме × ме + ок × ок × = α ме × ме + α ок × ок ×
dT ρ пл dT 
r  ρ пл dT ρ ме ×ρ пл dT ρ ок ×ρ пл r
ρ пл
ρ пл r
Термостабильную пленку с нулевым температурным коэффициентом сопротивления можно получить из условия
d ме ⋅
ρ ме
ρ δ
= − d ок ⋅ ок ⋅
ρ пл
ρ пл r
d ⋅ρ
δ
= − ме ме
r
d ок ⋅ ρ ок
α пл
ρ пл
d
d
6

6. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ ДВУХФАЗНЫХ ПЛЕНОК
δ
2
Модель Вольгерра
Rок
r
Rме
Rок
Сопротивление квадрата пленки
ρW = Rме + 2 Rок
.
ρ ме ×r
Rме =
r2
ρме
ρок ×
δ
ρW =
+2
r
2r 2
ρ ок > > ρ ме
ρок ×
δ
Rок =
2r 2
Rок
Удельное сопротивление пленки
ρ ме d ρ ок ×δ ×d
δ
ρ пл = ρ ×d =
+
≈ ρ ме + ρ ок ×
2
r
r
r
Температурный коэффициент сопротивления пленки
α пл =
d ρ пл 1
ρ
dρ
ρ
ρ
ρ δ
d 
δ  1 dρ
δ
× =  ρ ме + ρ ок × ÷ × = ме × ме + ок × ок × = α ме × ме + α ок × ок ×
dT ρ пл dT 
r  ρ пл dT ρ ме ×ρ пл dT ρ ок ×ρ пл r
ρ пл
ρ пл r
Термостабильную пленку с нулевым температурным коэффициентом сопротивления можно получить из условия
d ме ⋅
ρ ме
ρ δ
= − d ок ⋅ ок ⋅
ρ пл
ρ пл r
d ⋅ρ
δ
= − ме ме
r
d ок ⋅ ρ ок
α пл
ρ пл
d
d
6