Презентация на тему: Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках

Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках.
1/37
Средняя оценка: 4.8/5 (всего оценок: 16)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (11682 Кб)
1

Первый слайд презентации

Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках. Методы исследования поверхности Работу выполнил: Аспирант 4 года обучения Петров Андрей Казань, 2019: 1

Изображение слайда
2

Слайд 2

Тонкие плёнки (англ. thin films ) — тонкие слои материала, толщина которых находится в диапазоне от долей нанометра (моноатомного слоя) до нескольких микрон. Н-О связь 0.96Å Диаметр нанотрубки 1-2 нм Сусальное золото ~ 100 нм Волос ~ 40 мкм Печатная плата 0.1-1 мм Диаметр монет 2-3 см Рост человека Тонкие пленки Толстые пленки 2

Изображение слайда
3

Слайд 3

Поверхность [Å – нм ] Тонкая пленка [ нм – мкм ] Подложка [ мкм – мм ] Тонкая пленка Интерфейс Объемные свойства доминируют 300 нм Отражатель теплового излучения In 2 O 3 оксид индия 2 нм Джозефсоновский контакт Один из линейных размеров значительно меньше, чем два других Свойства существенно отличаются от свойств объемного материала На свойства могут влиять толщина пленки и микроструктура Разные толщины пленок определяют разные области применения одного и того же материала. 3

Изображение слайда
4

Слайд 4

Оптика и оптоэлектроника Просветление оптики ( многослойное просветление ) Многослойные диэлектрические зеркала Интерференционные светофильтры Светоделители и тонкоплёночные поляризаторы Интегральная оптика Фотодетекторы TFT LCD дисплеи Будущее применение Оптическая память (объемная оптическая память, голографическая память) 4

Изображение слайда
5

Слайд 5

Электроника Пассивные тонкопленочные элементы (резисторы, конденсаторы, токоведущие элементы) Активные тонкопленочные элементы (транзисторы, диоды) Интегральные схемы (СБИС) Приборы с зарядовой связью ( CCD - Charge-Coupled Device ) Альтернативная энергетика Приемники солнечной энергии и солнечные элементы Теплоизоляция (фольга с металлическим покрытием) Магнитные приложения Компьютерная память (физическая память, машинная память) Магнитные головки считывания и записи 5

Изображение слайда
6

Слайд 6

Инженерия и технологический процесс Прочные покрытия для режущих инструментов Защита от высокотемпературной коррозии Пассивация поверхности Декоративные покрытия Каталитическое покрытия Хромирование Покрытия из нитрида титана Материаловедение Сверхтвердые кристаллы Аморфный кремний Металлические стекла Ультрадисперсные порошки Сфероидизация материалов с высокой температурой плавления Высокочистые полупроводники Криотехника Сверхпроводящие тонкие плёнки, переключатели, память Сверхпроводящий квантовый интерферометр ( SQUID) Биомедицина Биосовместимые покрытия имплантатов Неврологические датчики Сенсорные датчики Сбор данных в агрессивных условиях и средах Телеметрия Биологическая сенсорная техника 6

Изображение слайда
7

Слайд 7

Свойства Применение Оптические Отражающие и просветляющие покрытия, интерференционные светофильтры, оптические носители информации ( CD, DVD, BD ), волноводы, дисплеи, солнечные элементы, матрицы фотодетекторов Электрические Изолирующие и проводящие материалы, полупроводниковые устройства, пьезоэлектрические приводы, интегральные схемы, солнечные элементы, матрицы фотодетекторов Магнитные Носители информации Химические Барьеры для легирования или диффузии, защита от коррозии или окисления, датчики содержания влаги или газа Механические Трибологические (износостойкие) покрытия Термические Барьерные слои, теплоотводы 7

Изображение слайда
8

Слайд 8

История 1650 г. – Наблюдение и интерпретация интерференционной картины (Р. Бойль и Р. Гук). ~1850 г. – Развитие первых методик осаждения (М. Фарадей, У. Грове, А. Райт, Т. Эдисон) и методов определения толщин (Ф. Араго, А. Физо и др.). ~1930 г. – Прототип просвечивающего электронного микроскопа (Э. Руска ). ~1940 г. – Индустриальное производство покрытий для оптических, электронных, механических и защитных приложений. Устройства и техника вакуумного напыления. ~1960 г. – Высоковакуумная техника. Молекулярно-лучевая эпитаксия. Аналитические методы исследования поверхности ( AES, XPS, SEM, LEED ). ~1965 г. – Развитие тонкопленочной технологии в неотъемлемую часть массового производства в полупроводниковой и оптической промышленности. ~1980 г. – Сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовой микроскоп. ~1990 г. – Тонкие пленки с высокой температурой Кюри (Сверхпроводники). ~2000 г. – Осаждение высокоупорядоченных двух- и трехмерных объектов с размерами в нанометровом диапазоне. ~2006 г. – Исследование органических покрытий приводит к появлению органической электроники ( OLED, печатные схемы). ~ 2009 г. – Контролируемый рост нанотрубок, нанопроволок и наноразмерных гетероструктур. Осаждение слоев графена. 8

Изображение слайда
9

Слайд 9

Эпитаксия -  (от  греч.  επι —  на  и τα ξισ  —  упорядоченность ) ориентированный рост одного кристалла (пленки) на поверхности другого (подложки) Рассогласование решеток не более 10% Рассогласованность решеток определяется 9

Изображение слайда
10

Слайд 10

Эпитаксия E ε - энергия напряжений, E D -энергия дислокаций 10

Изображение слайда
11

Слайд 11

Атомы пленки сильнее связаны с подложкой, чем друг с другом Атомы пленки сильнее связаны между собой, чем с подложкой Рост начинается как двумерный (послойный), а затем меняется на трехмерный ( островковый ) – для одинаковых по структуре, но решетчето-рассогласованных материалов. Три типа роста пленок 11

Изображение слайда
12

Слайд 12

12

Изображение слайда
13

Слайд 13

Здесь - концентрация адатомов, – коэффициент диффузии, – число, характеризующее способность островков захватывать диффундирующие адатомы, - скорость распада, где - разность в энергии -ым островком и - м островком 13

Изображение слайда
14

Слайд 14

Режим зародышеобразования при малых покрытиях (отмечен буквой L ) Режим промежуточных покрытий (отмечен ) Режим агрегации (отмечен буквой А ) Режим коалесценции и перколяции (отмечен С) 14

Изображение слайда
15

Слайд 15

– энергия связи критического островка, определяемая числом связей между ближайшими соседними атомами. – среднее расстояние между островками, – размер критического островка, – скорость напыления – энергия перескока между атомами слоя – энергия барьера перескока на соседний слой. Линии раздела между послойным и многослойным ростом: Линии перехода к росту за счет движения ступеней: Барьер Эрлиха- Швобеля Эффективность межслойного массопереноса: 15

Изображение слайда
16

Слайд 16

Пунктирными и сплошными стрелками указаны пути диффузионных перескоков в положения с двумя соседями через положения над атомом подложки Модель агрегации при ограниченной диффузии 16

Изображение слайда
17

Слайд 17

Влияние температуры роста на форму островков при гомоэпитаксиальном росте Pt на Pt(111) Формирование пленки FePt при различных условиях напыления Форма островков 17

Изображение слайда
18

Слайд 18

Магические островки 18

Изображение слайда
19

Слайд 19

Дифракция электронов и рентгеновских квантов Здесь - это вектор падающей волны, – вектор рассеяной волны, а - вектор обратной решетки. Так как рассеяние упругое, то Построение Эвальда на двумерной решетке поверхности Построение Эвальда на трехмерной решетке Методы анализа поверхности на основе дифракции частиц 19

Изображение слайда
20

Слайд 20

Дифракция медленных электронов Причины использования электронов низких энергий: Так как длина волны де-Бройля электронов дается выражением то для типичных значений энергии электронов 30-200 эВ, длина волны электрона составляет ~1-2 Å, что удовлетворяет условию дифракции на атомных структурах. Средняя длина пробега таких низкоэнергетических электронов мала и составляет несколько атомных слоев. Поэтому большинство упругих рассеяний происходит в самых верхних атомных слоях образца. 20

Изображение слайда
21

Слайд 21

Дифракция быстрых электронов В методе используются электроны с энергиями 5-100 кЭв, падающие под скользяющим углом 1-5 градусов и проникающими на глубину материала порядка 10 ангстрем По яркости и четкости дифракционных рефлексов можно качественно судить о структурном совершенстве поверхности. Однако связь не столь очевидна, как в случае дифракции медленных электронов. По проекции обратной решетки может быть восстановлена двумерная решетка поверхности в реальном пространстве. Для надежного определения полной двумерной периодичности необходим получить картины для нескольких азимутальных направлений. Используется для количественного структурного анализа, то есть для проверки моделей атомного строения поверхности. 21

Изображение слайда
22

Слайд 22

Электронная оже -спектроскопия Энергия связи уровней или кинетическая энергия оже -электрона: г де работа выхода материала 22

Изображение слайда
23

Слайд 23

Электронная оже -спектроскопия Электронная пушка формирует пучок первичных электронов с типичной энергией 1-5 кэВ. В качестве анализаторов энергии электронов чаще всего используются анализаторы типа «цилиндрическое зеркало», полусферические и четырех-сеточные анализаторы. 23

Изображение слайда
24

Слайд 24

Просвечивающая электронная микроскопия Дифракционный предел разрешения ПЭМ: Где λ – длина волны электрона, а α – равна полуширине угловой апертуры о т апертурной диафрагмы. 24

Изображение слайда
25

Слайд 25

Сканирующая электронная микроскопия СЭМ изображения пленки Au толщиной 120 ангстрем на подложке TiO 2 (110 ) 25

Изображение слайда
26

Слайд 26

Сканирующая туннельная микроскопия Сканирующий туннельный микроскоп был изобретен в начале 1980-х годов Гердом Биннингом и Генрихом Рорером, которые в 1986 году за это изобретение получили Нобелевскую Премию по физике. Основные компоненты сканирующего туннельного микроскопа: Атомарно острая игла, обычно изготовленная из металлической проволоки (W, Pt- Ir, Au). Сканер для растрового движения иглы по исследуемому участку поверхности образца. Электронная цепь обратной связи для контроля величины промежутка игла-образец. Компьютерная система для управления положением иглы, сбора данных и преобразования данных в изображение Сверхвысокое разрешение по вертикали обусловлено сильной зависимостью туннельного тока от ширины промежутка между иглой и атомами поверхности: d - эффективная ширина туннельного промежутка, D( V ) отражает плотность электронных состояний при напряжении V между иглой и поверхностью, А – константа, а - эффективна высота барьера туннельного перехода. 26

Изображение слайда
27

Слайд 27

Атомно-силовая микроскопия Атомно-силовой микроскоп был создан Гердом Биннингом, Кельвином Куэйтом и Кристофером Гербером в 1982 году. Принцип работы микроскопа основан на измерении смещения сканирующей иглы под действием сил Ван-дер-Ваальса. Качественная зависимость силы Ван-дер-Ваальса от величины межатомного расстояния. 27

Изображение слайда
28

Слайд 28

Источники материалов, использованных в данной лекции К. Оура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин, А.В. Зотов, М. Катаяма. Введение в физику поверхности – М.: Наука, 2006 – 490 с. Т. Л. Алфорд, Л.К. Фельдман, Д.В. Майер. Фундаментальные основы анализа нанопленок – М.: Научный мир, 2012. – 392 с. Scanning electron microscope - Wikipedia, the free encyclopedia [Internet]. [ updated 20 1 9/ 06 / 12 ; source: https ://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope Список тем для самостоятельного изучения: Методы и техника роста тонких пленок (молекулярно-лучевая эпитаксия и химическая лучевая эпитаксия) Метод зондирования ионами для анализа поверхности. Фотоэлектронная спектроскопия. 28

Изображение слайда
29

Слайд 29

29

Изображение слайда
30

Слайд 30

30

Изображение слайда
31

Слайд 31

31

Изображение слайда
32

Слайд 32

32

Изображение слайда
33

Слайд 33

33

Изображение слайда
34

Слайд 34

34

Изображение слайда
35

Слайд 35

35

Изображение слайда
36

Слайд 36

36

Изображение слайда
37

Последний слайд презентации: Тонкие пленки. Эпитаксия. Особенности физических процессов в тонких пленках

37

Изображение слайда