Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации

Представлены результаты исследований начальной стадии роста углеродных алмазоподобных пленок, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом на кремнии. Методом сканирующей зондовой микроскопии изучена динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия в диапазоне толщин от 100 до 1000...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Вопросы атомной науки и техники
Date:	2005
Main Authors:	Гончаров, И.Ю., Колпаков, А.Я., Камышанченко, Н.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2005
Subjects:	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80569
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:	Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации / И.Ю. Гончаров, А.Я. Колпаков, Н.В. Камышанченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 5. — С. 168-172. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80569
record_format	dspace
spelling	Гончаров, И.Ю. Колпаков, А.Я. Камышанченко, Н.В. 2015-04-19T14:31:43Z 2015-04-19T14:31:43Z 2005 Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации / И.Ю. Гончаров, А.Я. Колпаков, Н.В. Камышанченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 5. — С. 168-172. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80569 621.793.00 Представлены результаты исследований начальной стадии роста углеродных алмазоподобных пленок, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом на кремнии. Методом сканирующей зондовой микроскопии изучена динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия в диапазоне толщин от 100 до 1000 нм. С использованием программного обеспечения сканирующего зондового микроскопа «Smena-A» произведен расчет степени шероховатости в зависимости от толщины. Установлено процентное соотношение нановыступов различных размеров на поверхности углеродных покрытий различных толщин. По данным эксперимента поверхность конденсата квалифицирована как фрактальная и проведен фрактальный анализ поверхности. Предпринята попытка объяснения механизма образования нановыступов на основе существующих моделей. Представлено результати досліджень початкової стадії росту вуглецевих алмазоподібних плівок, отриманих імпульсним вакуумно-дуговим методом на кремнії. Методом скануючої зондової мікроскопії вивчена динаміка росту нановиступів на поверхні вуглецевого покриття в діапазоні товщин від 100 до 1000 нм. З використанням програмного забезпечення скануючого зондового мікроскопа «Smena-A» зроблений розрахунок ступеня шорсткості залежно від товщини. Встановлено процентне співвідношення нановиступів різних розмірів на поверхні вуглецевих покриттів різних товщин. По даним експерименту поверхня конденсату кваліфікована як фрактальна й проведений фрактальний аналіз поверхні. Почато спробу пояснення механізму утворення нановиступів на основі існуючих моделейоделей. Results are presented on investigation of initial growth stages diamond-like carbon coating produced by pulse vacuum-arc method on silicon. Study dynamics of growth nanopeak on a surface of carbon coating in range of thickness from 100 up to 1000 nm by use method of scanning probe microscopy (SPM). About use of the software scanning probe microscope “SMENAA” to make a calculation roughness depending on thickness. The percent proportion nanopeak of the different sizes on a surface of carbon coatings of different thickness is established. On datas of experiment the surface of a condensate is qualified as fractal and the fractal analysis of a surface is conducting. To make an attempt of argument of formation nanopeak on the basis of the existing model. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика радиационных и ионно-плазменных технологий Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации Динаміка росту нановиступів на поверхні вуглецевого покриття на початковій стадії конденсації Dynamics of nanobulges growth on the surface of carbon coating on the condensation initial stage Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации
spellingShingle	Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации Гончаров, И.Ю. Колпаков, А.Я. Камышанченко, Н.В. Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
title_short	Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации
title_full	Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации
title_fullStr	Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации
title_full_unstemmed	Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации
title_sort	динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации
author	Гончаров, И.Ю. Колпаков, А.Я. Камышанченко, Н.В.
author_facet	Гончаров, И.Ю. Колпаков, А.Я. Камышанченко, Н.В.
topic	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
topic_facet	Физика радиационных и ионно-плазменных технологий
publishDate	2005
language	Russian
container_title	Вопросы атомной науки и техники
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
format	Article
title_alt	Динаміка росту нановиступів на поверхні вуглецевого покриття на початковій стадії конденсації Dynamics of nanobulges growth on the surface of carbon coating on the condensation initial stage
description	Представлены результаты исследований начальной стадии роста углеродных алмазоподобных пленок, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом на кремнии. Методом сканирующей зондовой микроскопии изучена динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия в диапазоне толщин от 100 до 1000 нм. С использованием программного обеспечения сканирующего зондового микроскопа «Smena-A» произведен расчет степени шероховатости в зависимости от толщины. Установлено процентное соотношение нановыступов различных размеров на поверхности углеродных покрытий различных толщин. По данным эксперимента поверхность конденсата квалифицирована как фрактальная и проведен фрактальный анализ поверхности. Предпринята попытка объяснения механизма образования нановыступов на основе существующих моделей. Представлено результати досліджень початкової стадії росту вуглецевих алмазоподібних плівок, отриманих імпульсним вакуумно-дуговим методом на кремнії. Методом скануючої зондової мікроскопії вивчена динаміка росту нановиступів на поверхні вуглецевого покриття в діапазоні товщин від 100 до 1000 нм. З використанням програмного забезпечення скануючого зондового мікроскопа «Smena-A» зроблений розрахунок ступеня шорсткості залежно від товщини. Встановлено процентне співвідношення нановиступів різних розмірів на поверхні вуглецевих покриттів різних товщин. По даним експерименту поверхня конденсату кваліфікована як фрактальна й проведений фрактальний аналіз поверхні. Почато спробу пояснення механізму утворення нановиступів на основі існуючих моделейоделей. Results are presented on investigation of initial growth stages diamond-like carbon coating produced by pulse vacuum-arc method on silicon. Study dynamics of growth nanopeak on a surface of carbon coating in range of thickness from 100 up to 1000 nm by use method of scanning probe microscopy (SPM). About use of the software scanning probe microscope “SMENAA” to make a calculation roughness depending on thickness. The percent proportion nanopeak of the different sizes on a surface of carbon coatings of different thickness is established. On datas of experiment the surface of a condensate is qualified as fractal and the fractal analysis of a surface is conducting. To make an attempt of argument of formation nanopeak on the basis of the existing model.
issn	1562-6016
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80569
citation_txt	Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации / И.Ю. Гончаров, А.Я. Колпаков, Н.В. Камышанченко // Вопросы атомной науки и техники. — 2005. — № 5. — С. 168-172. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT gončaroviû dinamikarostananovystupovnapoverhnostiuglerodnogopokrytiânanačalʹnoistadiikondensacii AT kolpakovaâ dinamikarostananovystupovnapoverhnostiuglerodnogopokrytiânanačalʹnoistadiikondensacii AT kamyšančenkonv dinamikarostananovystupovnapoverhnostiuglerodnogopokrytiânanačalʹnoistadiikondensacii AT gončaroviû dinamíkarostunanovistupívnapoverhnívuglecevogopokrittânapočatkovíistadííkondensacíí AT kolpakovaâ dinamíkarostunanovistupívnapoverhnívuglecevogopokrittânapočatkovíistadííkondensacíí AT kamyšančenkonv dinamíkarostunanovistupívnapoverhnívuglecevogopokrittânapočatkovíistadííkondensacíí AT gončaroviû dynamicsofnanobulgesgrowthonthesurfaceofcarboncoatingonthecondensationinitialstage AT kolpakovaâ dynamicsofnanobulgesgrowthonthesurfaceofcarboncoatingonthecondensationinitialstage AT kamyšančenkonv dynamicsofnanobulgesgrowthonthesurfaceofcarboncoatingonthecondensationinitialstage
first_indexed	2025-11-24T11:37:30Z
last_indexed	2025-11-24T11:37:30Z
_version_	1850845410271166464
fulltext	УДК 621.793.00 ДИНАМИКА РОСТА НАНОВЫСТУПОВ НА ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНОГО ПОКРЫТИЯ НА НАЧАЛЬНОЙ СТАДИИ КОНДЕНСАЦИИ И.Ю. Гончаров, А.Я. Колпаков, Н.В. Камышанченко Белгородский государственный университет, г. Белгород, Россия Представлены результаты исследований начальной стадии роста углеродных алмазоподобных пленок, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом на кремнии. Методом сканирующей зондовой микро скопии изучена динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия в диапазоне толщин от 100 до 1000 нм. С использованием программного обеспечения сканирующего зондового микроскопа «Smena-A» произведен расчет степени шероховатости в зависимости от толщины. Установлено процентное соотношение нановыступов различных размеров на поверхности углеродных покрытий различных толщин. По данным эксперимента поверхность конденсата квалифицирована как фрактальная и проведен фракта льный анализ поверхности. Предпринята попытка объяснения механизма образования нановыступов на основе существующих моделей. ВВЕДЕНИЕ В последнее время сложилась парадоксальная ситуация, когда применение последних научных до стижений существенно опережает уровень нашего понимания физических процессов, используемых в высоких технологиях. Однако наступает момент, ко гда дальнейшее продвижение вперед невозможно без фундаментальных исследований с использовани ем современного научного оборудования. Нанотехнология является одним из наиболее интенсивно развивающихся разделов науки. Показательно, что Соединенные штаты Америки значительно увеличили финансирование научных исследований в данном направлении в 2003 году. Одна из перспективных областей нанотехнологии – нанесение тонких пленок в вакууме (нанослоев) и модифицирование поверхности пленок с использованием ионных пучков. Уже определены в основном возможные области применения наносло ев. Это защитные покрытия на различных видах деталей, покрытия с улучшенными трибологически ми характеристиками, термобарьеры, диффузион ные барьеры, биосовместимые покрытия, полу проводниковые датчики и т. д. В последние годы во всем мире значительно вы рос интерес к вакуумно-дуговым методам получе ния покрытий. Это подтверждается большим коли чеством научных исследований и публикаций, а так же повышенным интересом к этой технологии оте чественных и западных компаний, традиционно использовавших в своем оборудовании магнетрон ные источники. К примеру, сверхтонкие (порядка нескольких нанометров) сверхтвердые пленки угле рода, имеющие различные названия: алмазоподобные покрытия, DLC, ta-C, получаемые вакуумно-дуговым методом, предполагается использовать для защиты тонкого магнитного слоя жестких дисков компьютеров, толщина которого уменьшается по мере повышения емкости накопи телей. При этом требования к качеству поверхности увеличиваются, что заставляет разрабатывать новые методы получения тонких покрытий, а также решать самостоятельную задачу объективной оценки каче ства его поверхности. Известно, что при конденсации углеродной пла змы на поверхности покрытия образуются нановы ступы (конусы, вискеры), механизм образования ко торых во многом неясен [1]. Исследования этого процесса и в конечном итоге получение возмож ности управления им открывает новые области применения, в частности, при создании твердо тельных электронных элементов нового типа: автоэ миссионных эмиттеров на основе углеродных пле нок [2], а также в технологии изготовления ми крозондов (кантилеверов), применяемых в скани рующей зондовой микроскопии [3,4]. В данной работе мы представляем результаты изучения динамики роста нановыступов на поверх ности углеродного покрытия толщиной от 100 до 1000 нм, получаемого при импульсном вакуумно- дуговом распылении графитового катода. В работе также предпринята попытка анализа шероховатости поверхности и ее геометрических параметров с использованием параметров шероховатости и фрактального анализа [5]. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА Нанесение углеродного покрытия проводили на установке УВНИПА-1-001 с использованием импу льсного источника углеродной плазмы, подробно описанного в работе [6]. В качестве материала катода использовали особо чистый графит марки МПГ-6. Вакуумную камеру откачивали до давления не выше 2*10-3 Па. Накопитель емкостью 2000 мкФ заряжали до напряжения 300 В. Длительность импу льса составляла 1,0 мс. Частота следования импу льсов 5 Гц. Скорость нанесения составляла 0,5 нм за _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. №5. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.168-172. 168 импульс. Ионную обработку поверхности кремния проводили ускоренными ионами воздуха при напря жении разряда 2500 В, токе разряда 80 мА и плот ности ионного тока порядка 1 мА/см2. Для нанесения подслоя титана использовали стаци онарный вакуумно-дуговой источник с сепарацией плазменного потока и плотностью ионного тока порядка 3 мА/см2. В качестве подложки использовали монокри сталлический кремний ориентации (100). Исследование морфологии углеродных конденсатов на начальной стадии роста проводили на сканирующем зондовом микроскопе «Smena-A» фирмы «НТ-МДТ» (НИИФП, г. Зеленоград) в контактном режиме с использованием кремниевых кантилеверов прямоугольной формы с радиусом кривизны 10 нм. Предельное разрешение в скани рующем зондовом микроскопе «Smena-A» по верти кали составляет 0,05, а по горизонтали 0,006 нм [7]. Толщину тонких пленок углерода измеряли так же с использованием сканирующего зондового ми кроскопа «Smena-A», предварительно создав на образце «ступень» с помощью маски. Величину шероховатости поверхности угле родного конденсата Ra определяли по формуле (1) с использованием программного обеспечения скани рующего зондового микроскопа «Smena-A». Ra= 1 N x N y ∑ i=1 N x ∑ j=1 N y ∣z  i , j−z mean ∣ (1) где – zmean= 1 N x N y ∑ i=1 N x ∑ j=1 N y z ij – величина средне го значения координаты z на поверхности образца в пределах анализируемой области; N – количество исследованных точек поверхности в пределах анализируемой области. Фрактальный анализ исследуемых поверхностей выполнялся геометрическим методом, подробно описанным в [8], с использование программного обеспечения сканирующего зондового микроскопа «Smena-A». РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ На рис. 1, а, б приведена топография углеродно го конденсата толщиной 100 и 1000 нм соо тветственно, размер поверхности сканирования 5 мкм2. На рис. 2, а, б показаны результаты статисти ческой обработки параметров степени ше роховатости поверхности этих покрытий. Макси мальный размер микровыступов составил 97 нм на углеродном покрытии толщиной 100 нм. Соо тветствующий параметр для углеродного покрытия толщиной 1000 нм имеет значение 457 нм. Величина шероховатости поверхности составила 2,7 нм для конденсата толщиной 100 нм и 40,5 нм – а для конденсата толщиной 1000 нм. Рис. 1. Топография углеродного конденсата толщи ной 100 нм (а) и 1000 нм (б), размер поверхности сканирования 5 мкм2 Рис. 2. Результаты статистической обработки параметров степени шероховатости поверхности конденсата толщиной 100 (а) и 1000 нм (б) На рис. 3, а, б приведены зависимости рас пределения плотности объектов в процентном соот ношении от их высоты для углеродных конденсатов толщиной 100 и 1000 нм соответственно. _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. №5. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.168-172. 169 Анализируя зависимости распределения плот ности объектов от их высоты, можно сделать сле дующие выводы: для конденсата толщиной 100 нм высота нановыступов от 0 до 13 нм составила 93,3%, а от 13 до 97 нм – 6,7%. Для конденсатата то лщиной 1000 нм – 21,9 % от 0 до 150 нм, 67,4 % со ставляют нановыступы высотой от 150 до 250 нм, и 10,7 % – от 250 до 450 нм. Рис. 3. Зависимости распределения плотности объектов в процентном соотношении от их высоты для углеродных конденсатов толщиной 100 (а) и 1000 нм (б) Таким образом, при малых толщинах углеродно го конденсата имеется незначительное количество нановыступов, существенно отличающихся по высо те от уровня поверхности покрытия. При достиже нии толщины 1000 нм подавляющее количество со ставляют нановыступы с размерами 150…250 нм. Дополнительно проведены исследования зависи мости степени шероховатости углеродного конденсата от его толщины в заданном диапазоне (100…1000 нм). Размер поля сканирования составил 50 мкм2. На рис. 4 в виде графика показаны ре зультаты этих исследований. Интересной особен ностью отображенной на нем зависимости является немонотонный ее характер. В диапазоне толщин от 100 до 500 нм наблюдается практически линейный рост величины степени шероховатости, а в диапазоне 500 …800 нм исследуемый параметр практически не изменяется. Для проверки этого явления был привлечен фрактальный анализ поверхности и соответствую щее программное обеспечение. Качественный анализ топографии поверхности (см. рис. 1) позволяет классифицировать поверхность угле родного конденсата толщиной 100…1000 нм как фрактальную, а именно, по определению Мандельброта [9], структуру, состоящую из от дельных частей (объектов), подобных целому. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 толщина покрытия, нм R a, н м Рис. 4. Зависимость степени шероховатости угле родного конденсата от его толщины Используя возможности сканирующей зондовой микроскопии, мы провели исследование отдельного объекта, приведенного на рис. 1 в виде скоплений. Изображение профиля этого объекта показано на рис. 5. _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. №5. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.168-172. 170 Рис. 5. Профилограмма отдельного микровыступа на поверхности углеродного конденсата толщиной 100 нм Из рисунка видно, что соотношение высоты к диаметру равно 10. Высота 10, а диаметр 100 нм. Анализ этого параметра для покрытий различных толщин (на рис. 6 показана поверхность углеродно го конденсата толщиной 10 мкм) показал, что соот ношение примерно сохраняется. Рис. 6. Поверхность углеродного конденсата тол щиной 10 мкм. Размер зоны сканирования 2 мкм2 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 0,5 1 1,5 2 2,5 толщина покрытия, нм ф ра кт ал ьн ая р аз ме рн он ос ть Рис. 7. Диаграмма зависимости фрактальной размерности поверхности углеродного покрытия от его толщины Анализ величины фрактальной размерности от толщины показывает, что значения этого параметра в диапазоне толщин покрытий 500 …800 нм практи чески совпадают (рис. 7). Таким образом, можно сделать вывод о качественном совпадении получен ных результатов с результатами анализа степени шероховатости поверхности по величине среднего ее (шероховатости) значения. Попытки объяснения причин возникновения ми кровыступов на поверхности углеродного конденсата показаны в работах [1,10]. В работе [1] влияние ионной бомбардировки представляется основной причиной возникновения выступов на поверхности углеродных пленок, получаемых вакуумно-дуговым методом. Авторы работы в каче стве инициатора этого процесса рассматривают макрочастицы, покидающие графитовый катод и оседающие на подложке в качестве затравочных центров будущего микровыступа, при этом анализи руется влияние угла падения ионов углерода на поверхность и образование конденсата с различным содержанием sp3-фазы. Достаточно обоснованно предполагается, что при нормальном падении ускоренного иона углерода на поверхность вероят ность образования sp3-фазы возрастает. Таким образом, на поверхности конденсации образуется покрытие с различным содержанием sp3-фазы и соо тветственно с различной плотностью, что и влияет на скорость роста углеродной пленки в различных точках поверхности. Трудно согласиться с авторами этой работы относительно роли макрочастиц в ини циировании роста микровыступов. Не отрицая влия ния ионной бомбардировки на этот процесс, целесообразно учесть роль внутренних напряжений сжатия в формируемом углеродном конденсате, до стигающих значения 10 ГПа [10]. Внутренние напряжения приведут к ускорению диффузионных процессов, при этом, согласно работе [11], диффузи онные профили для вакансий и межузельных атомов будут существенно отличаться при достаточно ни зкой (порядка 375 К) температуре подложки. Принимая во внимание результаты работ [1,10,11], можно рассмотреть качественную модель возникновения микровыступов на поверхности угле родного конденсата, формируемого в условиях ион ной бомбардировки, учитывающую неоднородность механических свойств углеродного покрытия, а так же наличие полей внутренних напряжений, приводящих к миграции точечных дефектов. Для этого рассмотрим упрощенную модель форми рования углеродного покрытия путем конденсации ускоренного потока ионов углерода на подложке, иллюстрированную схемой, приведенной на рис. 8. Рис. 8. Схема, поясняющая процесс формирования углеродного покрытия на подложке Углеродное алмазоподобное покрытие конденси руется на подложке из потока ионов углерода с эне ргией 25…100 эВ, достаточной для образования радиационных точечных дефектов (вакансий и ме жузельных атомов) и уплотнения формируемого конденсата с преимущественным образованием sp3-фазы. Уплотнение конденсата сопровождается возникновением в нем внутренних напряжений сжа тия. Образующаяся фрактальная структура, в отли чие от кристаллической, характеризуется наличием свободного объема: пор, пустот, которые могут слу жить эффективными стоками для точечных дефе ктов. Серым цветом на рис. 8 показан элементарный _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. №5. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.168-172. Подложка Покрытие Поток ионов С 171 объем углеродного конденсата, в котором возможны радиационно-стимулированные диффузионные про цессы миграции точечных дефектов в силовых полях напряжений. Это приводит к изменению эле ментарного объема и выпучиванию покрытия в направлении поверхности, являющейся эффекти вным стоком для межузельных атомов. На границах между кластерами, составляющими фрактальную структуру, межузельные атомы также эффективно поглощаются. Таким образом, можно предполо жить, что формирование нановыступов на поверх ности углеродного конденсата является следствием частичной релаксации внутренних напряжений сжа тия в результате миграции точечных дефектов. ВЫВОДЫ Исследована начальная стадия роста углеродных алмазоподобных пленок, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом на кремнии. Методом сканирующей зондовой микроскопии изучена динамика роста нановыступов на поверх ности углеродного покрытия в диапазоне толщин от 100 до 1000 нм. Установлено, что максимальный размер нановыступов составил 97 нм на углеродном покрытии толщиной 100 нм, соответствующий параметр для углеродного покрытия толщиной 1000 нм имеет значение 457 нм. Величина ше роховатости поверхности составила 2,7 нм для конденсата толщиной 100 нм и 40,5 нм – для конденсата толщиной 1000 нм. Показано, что при малых толщинах углеродного конденсата имеется незначительное количество нановыступов, существенно отличающихся по высо те от уровня поверхности покрытия. При достиже нии толщины 1000 нм подавляющее количество со ставляют нановыступы с размерами 150…250 нм. Фрактальная размерность поверхности угле родного конденсата толщиной 100…1000 нм со ставила 1,8 и 2,2 соответственно. На основании существующих моделей форми рования углеродного покрытия сделано предполо жение о том, что формирование нановыступов на поверхности углеродного конденсата с фрактальной структурой является следствием релаксации вну тренних напряжений сжатия в результате миграции точечных дефектов. ЛИТЕРАТУРА 1.D. Drescher et al. A model for particle growth in arc deposition amorphous carbon films //Diamond and Related Materials. 1998, №7, с. 1375–1378. 2.А.Т. Рахимов. Автоэмиссионные катоды (холо дные эмиттеры) на нанокристаллических угле родных и наноалмазных пленках (физика, техноло гия, применение) //УФН. 2000, т. 170, № 9, с. 996– 999. 3.Cattien V Nguyen, Kuo-Jen Chao, Ramsey M Dstevens, Lance Delzeit, Alan Cassell, Jie Han and M Meyyappan. Carbon nanotube tip probes: stability and lateral resolution in scanning probe microscopy and application to surface science in semiconductors //Nanotechnology. 2001, N12, p. 363–367. 4.E. Oesterschulze. Novel probes for scanning probe microscopy //Appl. Phys. 1998, A 66, p. S3–S9. 5.A. Mannelqvist, M. Ring Groth. Comparison of fractal analyses methods and fractal dimension for pre-treated stainless steel surfaces and the correlation to adhesive joint strength //Appl. Phys. 2001, A 73, p. 347–355. 6.А.И. Маслов, Г.К. Дмитриев, Ю.Д. Чистяков. Импульсный источник углеродной плазмы для технологических целей //Приборы и техника эксперимента. 1985, №3, с.146–149. 7.В.А. Быков. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модифи кации поверхностей: Автореф. дис. … докт. техн. наук. М., 2000. 8.Справочное руководство программы управления СЗМ. М.: «Гос. НИИ физ. проблем». 2001, 54с. 9.Е. Федер. Фракталы. М.: «Мир», 1991. 10.V.N. Inkin, G.G. Kirpilenko, A.J. Kolpakov. Internal stress in ta-C films deposited by pulse arc discharge method //Diamond and Related materials. 2001, N10, p. 1103–1108. 11.T. Britton, Margit Harting. The Influence of Strain on Point Defect Dynamics //Advanced Engineering Materials. 2002, v. 4, N 8, p. 629–635. ДИНАМІКА РОСТУ НАНОВИСТУПІВ НА ПОВЕРХНІ ВУГЛЕЦЕВОГО ПОКРИТТЯ НА ПОЧАТКОВІЙ СТАДІЇ КОНДЕНСАЦІЇ І.Ю. Гончаров, О.Я. Колпаков, М.В. Камишанченко Представлено результати досліджень початкової стадії росту вуглецевих алмазоподібних плівок, отриманих імпу льсним вакуумно-дуговим методом на кремнії. Методом скануючої зондової мікроскопії вивчена динаміка росту нановиступів на поверхні вуглецевого покриття в діапазоні товщин від 100 до 1000 нм. З використанням програмного забезпечення скануючого зондового мікроскопа «Smena-A» зроблений розрахунок ступеня шорсткості залежно від товщини. Встановлено процентне співвідношення нановиступів різних розмірів на поверхні вуглецевих покриттів різних товщин. По даним експерименту поверхня конденсату кваліфікована як фрактальна й проведений фрактальний аналіз поверхні. Почато спробу пояснення механізму утворення нановиступів на основі існуючих моделейоделей. DYNAMICS OF NANOBULGES GROWTH ON THE SURFACE OF CARBON COATING ON THE CONDENSATION INITIAL STAGE _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. №5. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.168-172. 172 I.Y. Goncharov, A.Ya. Kolpakov, N.V. Kamishanchenko Results are presented on investigation of initial growth stages diamond-like carbon coating produced by pulse vacuum-arc method on silicon. Study dynamics of growth nanopeak on a surface of carbon coating in range of thickness from 100 up to 1000 nm by use method of scanning probe microscopy (SPM). About use of the software scanning probe microscope “SMENA- A” to make a calculation roughness depending on thickness. The percent proportion nanopeak of the different sizes on a surface of carbon coatings of different thickness is established. On datas of experiment the surface of a condensate is qualified as fractal and the fractal analysis of a surface is conducting. To make an attempt of argument of formation nanopeak on the basis of the existing model. _________________________________________________________________________________ ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2004. №5. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (88), с.168-172. 173

Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации

Institution

Similar Items