Введение к работе
Актуальность темы. Многослойные синтетические структуры (МСС), состоящие из периодически чередующихся тонких пленок из разных кристаллических или аморфных веществ, представляют собой новый класс материалов, обладающих важными оптическими, электрическими, магнитными и сверхпроводящими свойствами для целого ряда приложений. В частности, они широко используются в качестве отражательных и дисперсионных элементов для рентгеновского излучения и медленных нейтронов [1].
Одним из основных факторов, которые ограничивают эффективность МСС, являются шероховатости межслойных границ, в особенности те шероховатости, которые наследуются от слоя к слою, начиная с подложки. В силу статистической природы формирования шероховатости с высотами на уровне единиц ангстрем с неизбежностью возникают на межфазных границах многослойных структур.
Для диагностики шероховатостей и степени их коррелированное используются явление полного внешнего отражения и малоугловая дифракция рентгеновских лучей. Чувствительность методов к таким нарушениям структуры связана с зависимостью угловых спектров интенсивности диффузного рассеяния от функции корреляции межслойных шероховатостей. Выбор её формы, как правило, ограничивается простыми априорными аналитическими функциями (часто функциями гауссовского типа). При этом, однако, не учитывается, что сам процесс формирования коррелированных шероховатостей тесно связан со статистическими механизмами роста пленок и технологией изготовления многослойных структур. Поэтому наряду с практической важностью [2] задача корректного теоретического описания эволюции межслойных шероховатостей и их корреляции от одного интерфейса к другому представляет фундаментальный интерес.
їїель работы. Развитие теории роста шероховатых поверхностей на основе модифицированных уравнений диффузионного типа. Исследование динамики фрактальных свойств в процессе роста шероховатой поверхности. Получение в явном виде обобщенной функции корреляции межслойных шероховатостей. Изучение влияния коррелированных шероховатостей многослойных структур в рамках новой модели на интенсивность зеркального и диффузного рассеяния в методе малоугловой рентгеновской дифракции.
Научная новизна и практическая значимость работы. Теоретическое исследование проблемы роста шероховатых поверхностей на основе уравнений
диффузионного типа позволило впервые обосновать дополнительный механизм миграции осаждаемых частиц в потенциальные минимумы поверхности. Показано, что при определенных условиях этот процесс играет основную роль в сглаживании шероховатостей растущей пленки. Разработана относительно простая модель роста шероховатой поверхности. Это впервые дает возможность аналитически получить все основные статистические характеристики шероховатостей образующейся структуры, в том числе и выражение для функции корреляции высот шероховатостей пленки и подложки. Проанализированы зависимости автокорреляционной функции шероховатостей растущей поверхности, их полной среднеквадратичной высоты, длин продольной и поперечной корреляции от времени, от параметра локального сглаживания, вклада подложки, температуры. Также впервые аналитически получены универсальные показатели модели, описывающие фрактальные закономерности роста. Проведены оценки условий роста, при которых образующуюся поверхность можно описывать как самоаффинную.
Повторение шероховатостей в процессе роста описывается фактором репликации, который учитывает естественный процесс преимущественного наследования шероховатостей с малыми пространственными частотами (большими длинами волн). Впервые получено выражение для фактора репликации, которое согласуется с основными экспериментальными данными по динамике изменения шероховатостей растущих пленок. На основе рекуррентных соотношений, напрямую вытекающих из предлагаемой модели, впервые построено выражение для функции корреляции шероховатостей многослойной структуры в прямом пространстве.
Использование разработанной модели репликации и корреляции шероховатостей при исследовании многослойных структур объясняет многие экспериментально наблюдаемые закономерности угловых спектров зеркального и диффузного рассеяния в методе малоугловой рентгеновской дифракции. Таким образом, становится возможным в рамках единого подхода связать данные по рассеянию рентгеновских лучей на многослойных структурах с шероховатыми границами раздела с параметрами их роста и технологией изготовления. Это представляется важным для прикладных задач контроля качества многослойных покрытий.
На зашиту выносится слеггутшее:
1. Физическая модель роста шероховатой поверхности на основе модифицированного диффузионного уравнения, учитывающая миграцию частиц в потенциальные минимумы поверхности.
-
Аналитические выражения, описывающие зависимости функции корреляции межслойных шероховатостей, их полной среднеквадратичной высоты, длин продольной и поперечной корреляции от времени, от параметра локального сглаживания, шероховатостей подложки, а также от номеров межфазных границ многослойных структур.
-
Фрактальные свойства растущей шероховатой поверхности
-
Теоретическое обоснование возможных вариантов динамики развития шероховатостей и изменения морфологии поверхностей пленок и межфазных поверхностей многослойных структур.
-
Заключение о конечности параметра максимальной поперечной корреляции шероховатостей в многослойных системах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на 3rd European Symposium "X-ray topography and High Resolution Diffraction" (Palermo, Italy, 1996); Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов (Дубна, 1997); 4th European Conference on High Resolution X-ray Diffraction and Topography (Durham, United Kingdom, 1998).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 171 наименования. Она содержит 122 страницы, включая 25 рисунков.
