Рентгенографические исследования структуры аморфных окислов алюминия Никитина, Елена Анатольевна

Введение к работе

. Jктуалыюсть работы.

Интерес к аморфным окисным пленкам алюминия обусловлен, специфичностью их электронных свойств. Использование алшо-окисной технологии в разработке электронных систем и приборов показало ряд преимуществ, заключающихся в высокой надежности, коррозийной стойкости, механической прочности, широте функционального применения, экологичное, дешевизне производства.

Прогночиронянио uiajZcju тс:п'.оп.^п'?"линнх элементов требует знания характера расположения атомов й используемых пленках и его зависимости от условий получения.

Сложность изучения атомного строения аморфных окислов алюминия связана, в первую очередь, с тем, что катионы могут иметь два кристаллохимически неэквивалентных кислородных окружения - тгтра-эдрическое <А10_Д) и октаэдрическое (А10_б), причем соотношение структурных элементов A10_d и А10_б заранее неизвестно и определяется условиями и способами получения окисных пленок. При этом, низкотемпературные кристаллические фазы, возникающие в результате кристаллизации аморфных, относятся к материалам, в которых число возможных катионных позиций больше, чем число катионов, которые, исходя из химического состава, могут быть в них размещены.

Вследствие этого возникает необходимость отработки методики анализа дашшх рентгенографических исследований аморфных окислов алюминия, с целью получения количественных характеристик ближнего порядка в расположении атомов в материале.

Цель работы Целью данной работы является отработка методики анализа данных рентгенографических исследований аморфных окислов алюминия, получение характеристик ближнего порядка й анализ расположения атомов в анодных аморфных окисных пленках алюминия, заформованных в разных электролитах и при различных условиях.

Научная новизна и практическая ценность работы состоит в том, что:

1. Проведено исследование влияния электролита, режимов анодирования (плотности тока, температуры и концентрации электролита), а также участия в предварительном плотном анодировании окислов редкоземельных элементов на атомную структуру аморфных анодных окис-ных пленок алюминия и впервые получены характеристики ближнего порядка для анионной, анион-квтионной и катионной подсистем указанных окислов.

2. Наличие количественных структурных характеристик исследованных материалов позволит провести ряд теоретических расчетов электрофизических параметров: плотности электронных состояний, диэлектрической проницаемости, электрической прочности и т.д.

3. Разработана методика, анализа результатов рентгенографических исследований некристаллических материалов, в которых атомы имеют неэквивалентное кристаллохимическое окружение. Показано, что обрыв экспериментальной кривой рассеяния при максимально возможных значениях углов рассеяния для Fe- и даже для Си-К_а излучения в данном случае приводит к искажению информации о характеристиках структуры.

4. Впервые для исключения влияния ошибок эксперимента на кривые распределения парных функций, характеризующие распределение электронной плотности материала, использован метод обратного Фурье-преобразования.

5. Впервые для расчета характеристик ближнего порядка применен метод сингулярного разложения.

На защиту выносятся следующие, обладающие научной новизной положения:

6. Количественные структурные характеристики ближнего порядка (координационные числа, радиусы координационных сфер и их размытия) в исследуемых материалах.

7. Расположение атомов в аморфных анодных окисних пленках алюминия

(особенности анионной упаковки, характер котиошюго распродоло-пил), анализ которого позволяет утверждать. что несоответствие ближгого порядка в анодных аморфных окислах алюминия расположению атомов в кристаллических фазах Л1₂0₃, проявляется в первую очередь в особенностях катиошюго распределения.

3, Результаты машинного моделирования расположения катионов в ГВД
кислородной подрешотке кристаллического окисла 7'-А1_г0₃, основан
ного На случайном заполнении окта- и тетраэдрических пустот катио-
иям-й шітіліьиі. П;::пзп:га, что н случае наложения запретов на разме-
«зни» кагтлі^в з бяяквйаих соседних окта- и тотрээяр"ч«оких, а
также тетра- и тетраэдрических позициях в катиошюй подсистема
возникает ближний порядок, несоответствующий типу распределения
катионов ни в одной из кубических кристаллических модификаций.

4. Коэффициенты ближнего порядка в системе "алюминий-вакантныь ка-
тиошше позиции" в исследуемых образцах.

Апробация работы. Все основные результаты и выводы, изложенные в диссертации, докладывались на научных семинарах каферн физики твердого тела ПГУ, научных коїгференциях:

8. Международной научной конференции "Анодный оксид алюминия" (йн-теранод~93), Казань, 1993;

9. 3-й всесоюзной научной конференции "Физика окисных пленок", Петрозаводск, 1991;

10. 4-й Всероссийской научной-технической конференции "Физика окисных пленок", Петрозаводск, 1994.

Публикации. Основные результаты, изложенные в диссертации, опубликованы в трех статьях и тезисах девяти докладов на международных конференциях, список которых приводится в конце автореферата. Структура и объем диссертации. Содержание работы изложено на 168 страницах, включающих 158 страниц основного текста, 51 рисунок и 53 таблицы. Текст состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, содор-

жащего 78 наименований.