Содержание к диссертации
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 4
ГЛАВА 1 ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ДИНАМИКИ В ИССЛЕДОВАНИЯХ РОСТА ПЛЕНОК 8
1.1 ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ РОСТА МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК 8
1.2 ПРИМЕНЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА ТЕРСОФФА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПРОЦЕССОВ РОСТА ПЛЕНОК 10
1.3 МОДИФИКАЦИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ МОДЕЛЕЙ И КОМБИНИРОВАНИЕ С ДРУГИМИ МЕТОДАМИ... 11
1.4 ИЗУЧЕНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ 14
1.5 КЛАСТЕРНОЕ ОСАЖДЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ РОСТА КЛАСТЕРОВ 17
1.6 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ В ПРОБЛЕМЕ ОРИЕНТИРОВАННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР 18
ГЛАВА 2 МЕТОДИКА КОМПЬЮТЕРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. .20
2.1 МЕЖАТОМНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ':. 21
2.2 РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ 22
2.2.1 Алгоритм метода молекулярной динамики 23
2.2.2 Алгоритм метода статической релаксации 26
2.3 МЕТОД ПОГРУЖЕННОГО АТОМА ...„ 27
2.4 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОДЕЛЕЙ... 28
2.4.1 Измерение термодинамических величин 28
2.4.2 Структурные функции 29
2.5 ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ 31
2.6 СОЗДАНИЕ МОДЕЛЕЙ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СИСТЕМ 33
ГЛАВА 3 ФОРМИРОВАНИЕ ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ (OOl)Pd-Ni-Pd ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ АМОРФНЫХ ПЛЕНОК Ni И Pd... 36
3.1 ОРИЕНТИРОВАННАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ 36
ПЛЕНКИ Ni НА (001)Pd 36
3.2 ОРИЕНТИРОВАННАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ПЛЕНКИ Pd НА ГЕТЕРОСТРУКТУРЕШРё 38
ГЛАВА 4 ОРИЕНТАЦИОННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНОГО РОСТА ПЛЕНОК N1 НА ПОВЕРХНОСТЯХ (001), (110) И (111) МОНОКРИСТАЛЛА Pd 47
4.1 ГЕТЕРОСИСТЕМА (OOl)Pd-Ni 48
4.2 ГЕТЕРОСИСТЕМА (110)Pd-Ni 53
4.3 ГЕТЕРОСИСТЕМА (11 l)Pd-Ni 57
4.4 РОСТ ПЛЕНКИ Ni НА (110) Pd СО СТРУКТУРОЙ ПОВЕРХНОСТИ (2x1) 58
ГЛАВА 5 РЕЛАКСИРОВАННАЯ АТОМНАЯ СТРУКТУРА МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЫ В ГЕТЕРОСИСТЕМЕ ПОЛУСФЕРИЧЕСКАЯ НАНОЧАСТИЦА-КРИСТАЛЛ 63
ГЛАВА 6 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ МЕЖФАЗНЫХ ГРАНИЦ И ГРАНИЦ ЗЕРЕН... ...74
6.1 ОРИЕНТАЦИЯ (001) 74
6.2 ОРИЕНТАЦИЯ (110) 75
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ... 80
ЛИТЕРАТУРА... ...і... 83
Введение к работе
Актуальность темы диссертации обусловлена следующим.
Во-первых, в последние годы активно ведутся работы по созданию короткопериодных многослойных гетероструктур как уникальных материалов, в которых могут реализоваться размерные эффекты многих физических свойств. Поэтому установление атомного механизма формирования пленок нанометровой толщины, закономерностей сопряжения на межфазной границе и ее атомной структуры становится актуальной задачей. Более того, как показывают результаты последних исследований, вклад межфазной границы в свойства гетеросистемы с уменьшением толщины ее слоев становится определяющим.
Во-вторых, несмотря на экстенсивные экспериментальные исследования с использованием высокоразрешающих методов структурного анализа, в них в большинстве случаев фиксируется конечный результат релаксационных процессов атомных перестроек. Поэтому целесообразно применение методов молекулярной динамики, которые, имея известные ограничения, все же позволяют «визуализировать» все стадии процессов кристаллизации, формирования субструктуры и релаксированной атомной структуры межфазных границ при формировании гетероструктур.
Работа выполнена в рамках г/б НИР Региональной научно-исследовательской лаборатории электронной микроскопии и электронографии ВГТУ «Закономерности и механизм морфологической, ориентационной и субструктурной эволюции дискретных и компактных наноструктур», № ГР 0120.0 502425 и Федеральной программы «Поддержка ведущих научных школ», проект № НШ-7098.2006.3.
Цель работы. Исследование закономерностей формирования эпитаксиальных пленочных гетероструктур и релаксированной атомной структуры межфазных границ в системе Pd-Ni. Для этого решали следующие задачи:
1. Исследование размерной зависимости структуры и характера сопряжения на МГ при кристаллизации аморфной пленки Ni на поверхности (001) Pd;
2. Исследование эффекта третьей пленки при формировании трехслойной гетероструктуры (001) Pd-Ni-Pd;
3. Исследование ориентационной зависимости характера роста пленок в системе Pd-Ni;
4. Исследование релаксированной атомной структуры МГ с учетом размерного и ориентационного несоответствия в гетеросистеме монокристалл-наночастица;
5. Сравнительный анализ структуры межфазных и межзеренных границ.
Научная новизна. Показано, что в процессе формирования гетероструктуры (OOl)Pd-Ni-Pd возможна кристаллизация пленки Pd в параллельной ориентации с сохранением псевдоморфной структуры до толщины пленки Ni в 10 атомных слоев. Показана зависимость морфологии фронта роста и распределения концентрации атомов подложки в растущей пленке от ориентации гетероструктуры. Установлено, что при формировании релаксированной атомной структуры болынеугловых межфазных границ кручения атомные перестройки затрагивают только фазу с большим параметром решетки.
Основные положения, выносимые на защиту: 1. Показано, что независимо от толщины пленки компенсация несоответствия в системе (OOl)Pd-Ni происходит посредством упругой деформации и дефектами упаковки (расщепленными дислокациями), при этом подтверждена зависимость остаточной упругой деформации от толщины пленки Ni;
2. Эффект толщины промежуточной эпитаксиальной пленки (Ni) в трехслойной гетеросистеме (OOl)Pd-Ni-Pd проявляется в сохранении параллельной ориентации верхней пленки Pd и ее бездефектной субструктуры до толщины в 10 атомных слоев;
3. Ориентационная зависимость роста пленки Ni на Pd проявляется в морфологии фронта роста, в характере распределения атомов подложки в растущей пленке, в характере сопряжения на МГ: переход от роста по Франку и Ван дер Мерве для ориентации (001) к росту по Фольмеру и Веберу для ориентации (111), от изотропной упругой , деформации для (001) к анизотропной для (110) и бездеформационному сопряжению на (111). •
4. В отличие от границ зерен релаксированная атомная структура МГ асимметрична относительно плоскости границы; в эпитаксиальных МГ асимметрия проявляется в субструктуре пленки, в большеугловых МГ кручения - в релаксационных перестройках, затрагивающих только решетку с большим параметром.
Практическая значимость работы. Результаты работы могут быть использованы для прогноза субструктуры, состав и морфологии тонкопленочных гетероструктур, многослойных пленочных композитов, а также поведения наночастиц на поверхности монокристаллов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на следующих симпозиумах, конференциях и семинарах: III Международной научной конференции «Кинетика и механизм кристаллизации» (Иваново, 2004); Международной школе-семинаре «Современные проблемы механики и прикладной математики» (Воронеж, 2004); V Международной конференции «Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении» (Воронеж, 2004); Международной школе-семинаре «Современные проблемы механики и прикладной математики» (Воронеж, 2005); Международном симпозиуме «Фракталы и прикладная синергетика» (Москва, 2005); V-й школе-семинаре «Актуальные проблемы современной неорганической химии и материаловедения» (Москва, 2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателю принадлежат результаты молекулярно-динамического моделирования роста пленок и формирования пленочной гетероструктуры Pd/Ni/Pd.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы из 128 наименований. Работа изложена на 96 страницах и содержит 33 рисунка.
