Розділ 2.
Методики експериментального дослідження структури плівок та
розмірних кінетичних явищ в тонких плівках металів.
При виконанні досліджень використовувались експериментальні методики, що
забезпечували отримання достовірної інформації про вплив поверхневого та
зерномежового розсіювання носіїв струму на перенос заряду в тонких плівках
металів. В роботі досліджували залежність кінетичних коефіцієнтів плівок
металів (питомий опір с, температурний коефіцієнт опору в та диференціальної
термоелектрорушійної сили ДS) у процесі зміни їх товщин.
Достовірність отриманих експериментальних даних забезпечувалась використанням
відомих апробованих експериментальних методик препарування плівок металів, що
забезпечували виготовлення плівок з наперед заданими стабільними в часі
структурою та фізичними властивостями. Визначення електричних параметрів плівок
здійснювали з допомогою сучасних вимірювальних приладів. Використані в роботі
відомі експериментальні методики були модифіковані таким чином, щоб з їх
допомогою можна було отримати достовірну інформацію про вплив попередньо
нанесених на діелектричну підкладку сурфактантних підшарів сурми, германію та
кремнію на структуру та електричні властивості сформованих на цих підшарах
тонких плівок благородних металів.
Використані в роботі експериментальні методи дослідження дозволили отримати
вичерпну iнформацiю, необхідну для розуміння та пояснення механізмів
розсіювання носіїв струму та встановити межі придатності сучасних теоретичних
моделей розмірного ефекту в тонких металевих плівках для опису результатів
експериментального дослідження явищ переносу заряду в плівках.
Усі дослідження проводились в умовах статичного надвисокого вакууму у відпаяних
скляних експериментальних приладах при тиску залишкових компонент газів не
вищому за 10-7 - 10-8 Па. В даних вакуумних умовах отримано металічні зразки
високої чистоти. Це дозволило отримати достовірні та відтворювані
експериментальні результати.
Використання згаданих експериментальних методик має численні переваги над
експериментальними методиками, створеними для металевих вакуумних систем.
Відомо, що граничний вакуум – найнижчий тиск залишкових газів в приладі
забезпечується рівновагою між газовиділенням деталей і внутрішніми поверхнями
приладу та швидкістю відкачки вакуумними помпами. У скляних відпаяних приладах
можливо якісно знегазити скляну оболонку та внутрішні деталі приладу. Швидкість
відкачки наявними в приладі газопоглиначами звичайно не перевищує одного літра
на секунду. В результаті у приладі отримується статичний вакуум, при якому
міграція газів в приладі незначна. У металевих експериментальних установках
одержання надвисокого вакууму забезпечується завдяки високій швидкості відкачки
орбітронними чи магніто- розрядними насосами, а якість знегаження деталей
експериментального приладу, зокрема підкладок, на які наносяться плівки, значно
гірша ніж у відпаяних приладах. Крім того, в об’ємі великого металевого
пристрою має місце помітна міграція окремих компонентів хімічно активних газів
(водню, окислів вуглецю, водяної пари та кисню), які можуть забруднювати
досліджувані плівки металів. У скляних вакуумних експериментальних приладах
основним залишковим газом є гелій, а окремі із згаданих вище агресивних газів в
приладі звичайно відсутні, або наявні у значно менших кількостях. В літературі
детально описано вплив дифузії домішок з підкладки на структуру та властивості
плівок [139]. В окремих роботах (наприклад [140]) за рахунок недостатнього
знегаження металевого вакуумного приладу було отримано результати
експериментальних досліджень електричних властивостей плівок суттєво відмінні
від результатів досліджень інших авторів.
2.1 Конструкції експериментальних приладів.
Дослідження розмірних залежностей питомого опору с та температурного
коефіцієнта опору в плiвок металів проводили в спеціальних відпаяних
експериментальних приладах-лампах виготовлених з молібденового скла,
конструкція яких схематично показана на рис.2.1. Підкладкою для напилених
плiвок служило плоске поліроване дно скляного відростка 1. Електричний контакт
досліджуваної плівки із вимірювальною схемою забезпечувався через ланку
молiбденова дротина - платинова дротина - срібна паста, сумарний власний опір
такої ланки не перевищував 0,1-0,5 Ом. На дно скляного відростка наносили
срібну пасту з наступним її просушуванням та відпалом при температурі T = 4500C
[141]. Необхідну геометрію плівки задавали з допомогою маски, розташованої на
вiддалi 2 - 3 мм від торця відростка. При напиленi сурфактантних підшарів
певної товщини, використовували рухомі маски-заслiнки, які перешкоджали
попаданню пари сурфактанту на поверхню срібних контактів. Оцінку товщини
напилених плiвок проводили за методикою [142] по зсуву резонансної частоти
п'єзокварцового вібратора 2. Нанесення досліджуваного металу проводили з
випаровувача 3. Оцінку вакууму в експериментальному приладі, здійснювали з
допомогою iонiзацiйного манометра Баярда-Альперта 4, а в окремих випадках, для
аналізу складу залишкових газів до приладу приєднували давач омегатронного
мас-спектрометра РМО-4С. Малогабаритний іонно-гетерний титановий насос 5
підтримував робочі вакуумні умови під час проведення експерименту.
Схему лампи-приладу для дослідження термоелектрорушійної сили плiвок зображено
на рис. 2.2. В якості підкладок для плівок використовували скляні та кварцові
плоскопаралельнi полiрованi пластинки (6) прямокутної форми розміром
4 мм ґ 20 мм та товщиною 1,0 - 1,5 мм. Ланка платинова дротина – платинова
паста забезпечувала надійний
- Київ+380960830922