Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag
Досліджено процеси фазоутворення та електрофізичні властивості плівкових систем на основі Со і Ag, яких було одержано як почережною, так і одночасною конденсацією на підложжя (П). Показано, що утворення ґранульованого твердого розчину на основі Ag відбувається при термообробленні до температури 800...
Saved in:
| Published in: | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
2012
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75863 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag / Ю.М. Шабельник, Л.В. Однодворець, І.Ю. Проценко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 3. — С. 495-502. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859590370454667264 |
|---|---|
| author | Шабельник, Ю.М. Однодворець, Л.В. Проценко, І.Ю. |
| author_facet | Шабельник, Ю.М. Однодворець, Л.В. Проценко, І.Ю. |
| citation_txt | Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag / Ю.М. Шабельник, Л.В. Однодворець, І.Ю. Проценко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 3. — С. 495-502. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології |
| description | Досліджено процеси фазоутворення та електрофізичні властивості плівкових систем на основі Со і Ag, яких було одержано як почережною, так і одночасною конденсацією на підложжя (П). Показано, що утворення ґранульованого твердого розчину на основі Ag відбувається при термообробленні
до температури 800 К (система Ag/Co/П) або в процесі одночасної конденсації (плівка (Ag + Co)/П). Експериментальні величини термічного коефіцієнта опору добре узгоджуються із розрахунковими на феноменологічному моделю для ґранульованого твердого розчину.
Investigation of phase-formation processes and physical properties of film systems
based on Co and Ag, which are fabricated by alternate and simultaneous
condensation on a substrate (S), is performed. As shown, the formation of Agbased
granular solid solution occurs during the heat treatment to the temperature
of 800 K (the Ag/Co/S system) or during the condensation (the (Ag + Co)/S
film). Experimental values of thermal resistance coefficient agree well with
those calculated from the phenomenological model for granular solid solution.
Выполнено исследование процессов фазообразования и электрофизических
свойств плёночных систем на основе Co и Ag, которые получены поочерёдной и одновременной конденсацией на подложку (П). Показано, что образование гранулированного твёрдого раствора на основе Ag происходит при
термообработке до температуры 800 К (система Ag/Co/П) или в процессе
конденсации (плёнка (Ag + Co)/П). Экспериментальные величины термического коэффициента сопротивления хорошо согласуются с рассчитанными
по феноменологической модели для гранулированного твёрдого раствора.
|
| first_indexed | 2025-11-27T13:49:51Z |
| format | Article |
| fulltext |
495
PACS numbers: 68.37.Lp, 68.55.Nq,68.60.Dv,72.15.-v,73.40.Jn,73.61.At, 81.15.-z
Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів
у плівкових системах на основі Co і Ag
Ю. М. Шабельник, Л. В. Однодворець, І. Ю. Проценко
Сумський державний університет,
вул. Римського-Корсакова, 2,
40007 Суми, Україна
Досліджено процеси фазоутворення та електрофізичні властивості плівко-
вих систем на основі Со і Ag, яких було одержано як почережною, так і од-
ночасною конденсацією на підложжя (П). Показано, що утворення ґрану-
льованого твердого розчину на основі Ag відбувається при термообробленні
до температури 800 К (система Ag/Co/П) або в процесі одночасної конденса-
ції (плівка (Ag + Co)/П). Експериментальні величини термічного коефіцієн-
та опору добре узгоджуються із розрахунковими на феноменологічному мо-
делю для ґранульованого твердого розчину.
Investigation of phase-formation processes and physical properties of film sys-
tems based on Co and Ag, which are fabricated by alternate and simultaneous
condensation on a substrate (S), is performed. As shown, the formation of Ag-
based granular solid solution occurs during the heat treatment to the tempera-
ture of 800 K (the Ag/Co/S system) or during the condensation (the (Ag + Co)/S
film). Experimental values of thermal resistance coefficient agree well with
those calculated from the phenomenological model for granular solid solution.
Выполнено исследование процессов фазообразования и электрофизических
свойств плёночных систем на основе Co и Ag, которые получены поочерёд-
ной и одновременной конденсацией на подложку (П). Показано, что образо-
вание гранулированного твёрдого раствора на основе Ag происходит при
термообработке до температуры 800 К (система Ag/Co/П) или в процессе
конденсации (плёнка (Ag + Co)/П). Экспериментальные величины термиче-
ского коэффициента сопротивления хорошо согласуются с рассчитанными
по феноменологической модели для гранулированного твёрдого раствора.
Ключові слова: твердий розчин, ґранульований стан, обмежена розчин-
ність, електрофізичні властивості.
(Отримано 7 липня 2011 р.)
Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies
2012, т. 10, № 3, сс. 495—502
© 2012 ІМФ (Інститут металофізики
ім. Г. В. Курдюмова НАН України)
Надруковано в Україні.
Фотокопіювання дозволено
тільки відповідно до ліцензії
496 Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, Л. В. ОДНОДВОРЕЦЬ, І. Ю. ПРОЦЕНКО
1. ВСТУП
Ґранульовані плівкові матеріяли – це особливий клас матеріялів,
які одержують або одночасною конденсацією двох і більше компо-
нент, або пошаровим осадженням з наступним термообробленням [1].
У випадку системи на основі Ag і Со має місце обмежена взаємна
розчинність з утворенням т.р. (Ag, Со) з ГЦК-ґратницею і парамет-
рами близькими до а0(Ag) [2]. У результаті цього надлишкові атоми
Со утворюють ґранулі в матриці твердого розчину (т.р.), що підтве-
рджується електронно-мікроскопічними дослідженнями. На даний
час невирішеним залишається питання про утворення т.р. залежно
від концентрації атомів, товщини окремих шарів, величини ґра-
нуль, хоча змінюючи ці параметри можна суттєво впливати на ме-
ханічні, електрофізичні і магнеторезистивні властивості. Мета ро-
боти полягала у вивченні впливу ґранульованого стану плівкових
зразків на основі Со і Ag, на їх електрофізичні властивості (питомий
опір ρ та термічний коефіцієнт опору β) та порівнянні експеримен-
тальних величин β із розрахунковими на основі феноменологічного
моделю для термічного коефіцієнта опору ґранульованих плівко-
вих стопів, запропонованого в роботах [3] і [4].
2. МЕТОДИКА ТА ТЕХНІКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
Одношарові і двошарові плівкові системи ((Ag + Co)/П, Ag/Co/П)
одержувалися в уставі ВУП-5М при тиску газів залишкової атмос-
фери 10−3—10−4
Па. При конденсації Ag використовувалася резисти-
вна метода осадження, а випаровування Со виконували як за допо-
могою електронно-променевої гармати, так і резистивною методою.
Швидкість конденсації мала величину 1—4 нм/с.
Спеціяльна система заслінок (рис. 1) уможливила в одному тех-
Рис. 1. Схема одержання одно- і двокомпонентних зразків при одночас-
ному випаровуванні з двох джерел.
ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ҐРАНУЛЬОВАНИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 497
нологічному процесі одержувати як одношарові плівки, так і дво-
шарові системи. Осадження плівок відбувалося як одночасним роз-
порошенням з двох джерел, так і черговою конденсацією двох ком-
понент.
Товщина окремих шарів плівкової системи контролювалася дво-
ма методами. У процесі конденсації за допомогою кварцового резо-
натора, а після осадження – методою оптичної інтерферометрії
(прилади МИИ-4).
Для дослідження структурно-фазового стану і виконання елект-
ронографічної аналізи використовувався електронний мікроскоп
ПЕМ-125К. Якісна та кількісна аналіза елементного складу одер-
жаних плівкових зразків виконувалася за допомогою Рентґенового
мікроаналізатора, встановленого на растровому електронному мік-
роскопі РЕММА-102.
3. РЕЗУЛЬТАТИ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Згідно з діяграмою стану Ag—Co для масивних зразків [5] компоненти
мають дуже обмежену розчинність у порівнянні із плівковими зраз-
ками. Стабілізація т.р. (Ag, Co) з елементами ґранульованого стану
(рис. 2) має місце як в процесі одночасної конденсації з двох джерел,
так і при послідовній конденсації з наступним термообробленням.
Рисунок 3 і таблиця ілюструють сказане на прикладі двошарової
плівкової системи Ag (34 нм)/Co (15 нм)/П, в якій ефективна кон-
центрація атомів Со складає сСо ≅
32 ат.%. Оскільки т.р. (Ag, Co)
утворюється на основі матриці з Ag, то його параметер ґратниці має
дещо більше значення в порівнянні з параметром плівки Ag. Відмі-
тимо, що ці результати узгоджуються з даними робіт [2, 6].
За методикою, описаною вище, були одержані зразки типу
(Ag + Co)/П з різною атомовою концентрацією Со. Розшифрування
електронограм показало в невідпаленому стані наявність фази т.р.
(Co, Ag) з параметром кристалічної ґратниці 0,4081 нм, що узго-
джується з даними, одержаними авторами [2]. Відпалювання зраз-
ків до температури 800 К призводить до деякого збільшення пара-
метра кристалічної ґратниці на рівні 0,4085 нм та появи екстраре-
флексів. На мікроструктурі прослідковується також помітне збі-
льшення розмірів ґрануль Со.
Розрахунок концентрації атомів Со здійснювався за співвідно-
шенням:
−
− −
μ
=
μ + μ
' 1
Co Co Co
Co ' 1 1
Co Co Co Co Ag Ag
D d
c
D d D d
,
де D – густина; μ – атомова маса;
'
Cod – ефективна товщина плівки
Со, з атомів якої утворюються т.р. і ґранулі, яка розраховується за
498 Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, Л. В. ОДНОДВОРЕЦЬ, І. Ю. ПРОЦЕНКО
формулою:
( )
+
= − π
+ Δ
' 3 Co
'Co Co 0 3
0 тр
4
3 2
Med d
d d r
r l
,
Рис. 2. Мікроструктура ґранульованого стопу, одержаного при термові-
дпалюванні плівки (Ag(17) + Со(26))/П до 800 К.
Рис. 3. Мікроструктура (а, б) та відповідні дифракційні картини (в, г) від
плівкової системи Ag(34 нм)/Co(15 нм)/П у невідпаленому (а, в) та відпа-
леному до 800 К (б, г) стані (ефективна концентрація– 32 ат.%Со).
Т
А
Б
Л
И
Ц
Я
.
Р
ез
у
л
ьт
ат
и
р
оз
ш
и
ф
р
у
ва
н
н
я
е
л
ек
тр
он
ог
р
ам
в
ід
п
л
ів
к
ов
ої
с
и
ст
ем
и
A
g
(3
4
)/
C
o(
1
5
)/
П
.
№
Т
в
=
3
0
0
К
Т
в
=
8
0
0
К
d
h
k
l,
н
м
h
kl
ф
аз
а
а
,
н
м
d
h
kl
,
н
м
h
kl
ф
аз
а
а
,
н
м
1
0
,2
3
6
3
1
1
1
A
g
0
,4
0
6
5
0
,2
3
6
4
1
1
1
т.
р
.(
A
g
,
C
o)
0
,4
0
7
5
2
0
,2
0
4
6
2
0
0
A
g
0
,4
0
6
9
0
,2
0
4
6
2
0
0
т.
р
.(
A
g
,
C
o)
0
,4
0
7
7
3
0
,1
9
2
1
1
0
1
Г
Щ
П
-С
о
–
0
,1
9
3
2
1
0
1
Г
Щ
П
-С
о
–
4
0
,1
4
4
6
2
2
0
A
g
0
,4
0
7
1
0
,1
4
4
7
2
2
0
т.
р
.(
A
g
,
C
o)
0
,4
0
7
0
5
0
,1
2
3
5
3
1
1
A
g
0
,4
0
6
3
0
,1
2
3
4
3
1
1
т.
р
.(
A
g
,
C
o)
0
,4
0
8
1
6
0
,1
0
8
1
2
0
1
Г
Щ
П
-С
о
–
0
,1
0
8
4
2
0
1
Г
Щ
П
-С
о
–
(A
g
)
a
=
0
,4
0
6
7
±
0
,0
0
0
5
н
м
;
0a
=
0
,4
0
6
0
н
м
[
7
]
(
)
т.
р
.(
A
g
,
C
o)
a
=
0
,4
0
7
6
±
0
,0
0
0
5
н
м
ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ҐРАНУЛЬОВАНИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 499
500 Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, Л. В. ОДНОДВОРЕЦЬ, І. Ю. ПРОЦЕНКО
де Δlтр та r0 – середня довжина фраґментів т.р. та радіюс ґрануль
Со.
Контроль розрахункової концентрації сСо здійснювався методою
Рентґенової мікроаналізи (приклади енергодисперсійних спектрів
наведено на рис. 4).
Типову температурну залежність питомого опору для даної сис-
теми проілюстровано на рис. 5. При нагріванні протягом першого
циклю в інтервалі температур 300—600 К має місце незначне збіль-
шення питомого опору з його зменшенням в проміжку 600—850 К,
що може бути пов’язано із залікуванням дефектної структури і
процесами рекристалізації, які супроводжуються зниженням внес-
ку зерномежового розсіяння носіїв струму в загальний опір систе-
ми. При охолодженні питомий опір монотонно зменшується, що
пояснюється завершенням релаксаційних процесів вже на першому
циклі термооброблення.
У межах феноменологічного моделю ґранульованого плівкового
стопу в роботі [3] було одержано співвідношення для розрахунку
величини термічного коефіцієнта опору:
αβ ρ β ρ + αβ ρβ ρ
β = β − − +
ρ + αρ ρ + αρ ρ + αρ
тр тр г г тр трг г
тр
г тр г тр г тр
4
4 4
,
Рис. 4. Енергодисперсійні спектри від плівкових зразків Ag(35)/Co(12)/П
(а) та Ag(14) + Co(28)/П (б) з ефективною концентрацією атомів Со 25 ат.%
(а) і 73 ат.% (б).
ЕЛЕКТРОФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ҐРАНУЛЬОВАНИХ ТВЕРДИХ РОЗЧИНІВ 501
де α = Δ тр 0/l r – ступінь ґранульованости зразка; ρг та ρтр – пито-
мий опір ґрануль і фраґментів т.р.; βг та βтр – термічний коефіцієнт
опору ґрануль і фраґментів т.р. відповідно. На рисунку 6 представ-
лено експериментальну залежність β від ефективної концентрації
атомів Со у плівкових системах, одержаних при послідовній (точки
1 і 3) або одночасній (точки 2 і 4) конденсації плівкових систем із
загальною товщиною 40—50 нм. Ці результати з точністю до 10%
узгоджуються з розрахунковими на основі наведеного вище спів-
відношення.
4. ВИСНОВКИ
Вивчено умови формування ґранульованого т.р. (Ag, Co) у плівко-
вих системах, одержаних пошаровою або одночасною конденсацією
Рис. 5. Залежність питомого опору (ρ) та термічного коефіцієнта опору β (на
вставках) від температури для плівок Ag(34)/Co(15)/П (а), Ag(21)/Co(18)/П
(б) та Ag(22) + Co(15)/П (в). Ефективна концентрація атомів Со, ат.%: 32 (а),
52 (б) і 45 (в).
Рис. 6. Експериментальна залежність β ґранульованих т.р. (Ag, Co) від ефе-
ктивної концентрації атомів Со у плівкових системах Ag(34)/Co(15)/П (то-
чка 1); Ag(21)/Co(1)/П (точка 2); Ag(22) + Co(15) (точка 3); Ag(17) + Co(26)
(точка 4). Величини β(Ag) і β(Со) відповідають плівкам товщиною 40 нм.
502 Ю. М. ШАБЕЛЬНИК, Л. В. ОДНОДВОРЕЦЬ, І. Ю. ПРОЦЕНКО
плівок Ag і Co.
Установлено кореляцію між електрофізичними властивостями
(питомий опір і термічний коефіцієнт опору) ґранульованих плів-
кових стопів та ефективною концентрацією атомів Со, які входять у
ґратницю т.р. і формують наноґранулі.
Здійснено апробацію феноменологічного моделю термічного кое-
фіцієнта опору ґранульованих плівкових стопів і одержано хорошу
відповідність експериментальних і розрахункових даних.
Роботу виконано в межах держбюджетної НДР № 0109U001387
(2009—2011 рр.).
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Ш. Ковач, Б. Дини, С. Р. Тейзейра, О. Редон, Физ. мет. металловед., 79, 1:
98 (1995).
2. І. В. Чешко, І. Ю. Проценко, Металлофиз. новейшие технол., 31, № 7: 963
(2009).
3. С. І. Проценко, Л. В. Однодворець, І. В. Чешко, Вісник СумДУ. Серія Фізи-
ка, математика, механіка, 1: 22 (2008).
4 С. І. Проценко, І. В. Чешко, Ю. М. Шабельник, Міжнародна конференція
студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізи-
ки «Еврика 2011» (Львів: ЛНУ: 2011).
5. Н. П. Лякишев, Диаграммы состояния двойных металлических систем
(Москва: Машиностроение: 1996).
6. M. Kitada, J. Magn. Magn. Mat., 208: 244 (2000).
7. C. C. Горелик, Л. Н. Расторгуев, Ю. А. Скаков, Рентгенографический и
электронно-оптический анализ. Приложения (Москва: Металлургия:
1970).
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-75863 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1816-5230 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-27T13:49:51Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шабельник, Ю.М. Однодворець, Л.В. Проценко, І.Ю. 2015-02-05T13:01:41Z 2015-02-05T13:01:41Z 2012 Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag / Ю.М. Шабельник, Л.В. Однодворець, І.Ю. Проценко // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2012. — Т. 10, № 3. — С. 495-502. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1816-5230 PACSnumbers:68.37.Lp,68.55.Nq,68.60.Dv,72.15.-v,73.40.Jn,73.61.At,81.15.-z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75863 Досліджено процеси фазоутворення та електрофізичні властивості плівкових систем на основі Со і Ag, яких було одержано як почережною, так і одночасною конденсацією на підложжя (П). Показано, що утворення ґранульованого твердого розчину на основі Ag відбувається при термообробленні до температури 800 К (система Ag/Co/П) або в процесі одночасної конденсації (плівка (Ag + Co)/П). Експериментальні величини термічного коефіцієнта опору добре узгоджуються із розрахунковими на феноменологічному моделю для ґранульованого твердого розчину. Investigation of phase-formation processes and physical properties of film systems based on Co and Ag, which are fabricated by alternate and simultaneous condensation on a substrate (S), is performed. As shown, the formation of Agbased granular solid solution occurs during the heat treatment to the temperature of 800 K (the Ag/Co/S system) or during the condensation (the (Ag + Co)/S film). Experimental values of thermal resistance coefficient agree well with those calculated from the phenomenological model for granular solid solution. Выполнено исследование процессов фазообразования и электрофизических свойств плёночных систем на основе Co и Ag, которые получены поочерёдной и одновременной конденсацией на подложку (П). Показано, что образование гранулированного твёрдого раствора на основе Ag происходит при термообработке до температуры 800 К (система Ag/Co/П) или в процессе конденсации (плёнка (Ag + Co)/П). Экспериментальные величины термического коэффициента сопротивления хорошо согласуются с рассчитанными по феноменологической модели для гранулированного твёрдого раствора. Роботу виконано в межах держбюджетної НДР № 0109U001387 (2009—2011 рр.). uk Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag Article published earlier |
| spellingShingle | Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag Шабельник, Ю.М. Однодворець, Л.В. Проценко, І.Ю. |
| title | Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag |
| title_full | Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag |
| title_fullStr | Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag |
| title_full_unstemmed | Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag |
| title_short | Електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі Co і Ag |
| title_sort | електрофізичні властивості ґранульованих твердих розчинів у плівкових системах на основі co і ag |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/75863 |
| work_keys_str_mv | AT šabelʹnikûm elektrofízičnívlastivostígranulʹovanihtverdihrozčinívuplívkovihsistemahnaosnovícoíag AT odnodvorecʹlv elektrofízičnívlastivostígranulʹovanihtverdihrozčinívuplívkovihsistemahnaosnovícoíag AT procenkoíû elektrofízičnívlastivostígranulʹovanihtverdihrozčinívuplívkovihsistemahnaosnovícoíag |