Файл: Сухвало, С. В. Структура и свойства магнитных пленок железо-никель-кобальтовых сплавов.pdf

ка); AF— свободная энергия активации кристаллизационного про­ цесса.

В теории абсолютных скоростей реакций [160] впервые четко доказано, что скорость любой 'реакции, в том числе и кристаллизационного процесса, определяется свободной энергией активации, а не просто теплотой активации. Это обстоятельство позволяет применять термодинамические соот­ ношения при рассмотрении скоростей подобных процессов. Так, в частности, изменение величины свободной энергии ак­ тивации AF подчиняется следующему термодинамическому соотношению:

энтропии, сопровождающие процесс кристаллизации пленок; Т„ ■— температура подложки (кристаллизации). В таком слу­ чае по уравнению (1.55) имеется возможность определения ря­ да термодинамических характеристик кристаллизационного процесса. Для этого прологарифмируем выражение (1.55) и

осью координат — энтальпия кристаллизационного процесса. Знание указанных величин, т. е. AF, АН н AS, позволяет опи­ сать термодинамическую сторону процесса кристаллизации пленок и определить многие их термодинамические характе­ ристики. Обратим внимание, что указанные определения мож­ но сделать независимыми от системы единиц измерения ско­ рости роста пленок. В самом деле, для двух температур под­ ложки, достаточно близких, чтобы не изменились кинетические условия роста пленок и коэффициент v0, можно записать:

Кинетическую сторону процесса кристаллизации в извест­ ной мере отражает кинетический коэффициент скорости kn. Согласно (1.44), он может, например, дать представление о

коэффициенте диффузии. Поэтому его оценка представляет определенный интерес. Более полное рассмотрение кинетики процесса кристаллизации пленок в смысле развития его во времени может быть осуществлено на основе уравнения А. Н. Колмогорова, найденного путем статистического решения за­ дачи [161]:

Л (0 = V (t)IVn = 1 — exp [— J со3 © V„ (/ - £) rfg, (1.58)

о

где цОО — доля превращенного объема ко времени t; VH— ис­ ходный объем; £ — координата времени; Vi(t) — превратив­ шийся объем; со3 — скорость зарождения 'новой фазы; Vn( t —

—— объем растущего центра новой фазы.

Уравнение (1.58) при введении необходимой в каждом от­ дельном случае конкретизации может быть использовано как при изотермическом, так и неизотермическом течении процес­ са. Заметим, что математический аппарат, соответствующий решению данной задачи, многократно успешно испытан при­ менительно к самым разнообразным процессам превращения.

Общая теория вопроса на случай различной мерности кри­ сталлов новой фазы дана Н. Н. Сиротой [91, 93] и Авраами [162]. Согласно принятым в [91, 93] представлениям, ско­ рость любого изотермического превращения, в рассматривае­ мом случае скорость кристаллизации, может быть описана соотношением вида

где qt — величина, численно равная объему исходной фазы, закристаллизовавшемуся от одного растущего центра. Актив­ ная поверхность St растущего центра новой фазы может быть

V

выражена через qr. S t= ksq ~ . Здесь ks — коэффициент фор­

мы; л' — показатель степени. Фигурирующие в (1.59) величи­ ны qt и V; подчиняются следующим общим соотношениям:

_i_

53

Г л а в а II

ОСОБЕННОСТИ КИНЕТИЧЕСКИХ И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ПЛЕНОК

ЖЕЛЕЗО-НИКЕЛЬ-КОБАЛЬТОВЫХ СПЛАВОВ

Проанализируем технологическую сторону выращивания пленок сплавов железо-никель-кобальтовой системы с учетом некоторых представлений о процессе пленочной кристаллиза­ ции, л-зложенных в предыдущих главах.

Рассмотрение кристаллизационных процессов железо-нн- кель-кобальтовых пленок широкого состава на термодинами­ ческой основе связано с определенными трудностями, обуслов­ ленными отсутствием полных сведений об основных термоди­ намических параметрах для ряда составов данной системы сплавов. Наиболее полно изучены термодинамические свойст­ ва чистых железа, никеля и кобальта [147—150, 163—169]. Данные о термодинамических свойствах сплавов краевой сис­ темы железо—никель содержатся в работах '[i170—172]. Ана­ логичные сведения для других сплавов системы Fe—Ni—-Со, к сожалению, эпизодичны или'отсутствуют.

Некоторые из интересующих .нас результатов по термоди­ намическим свойствам железа, никеля и кобальта приведены в табл. 3.

Отсутствие термодинамических данных для ряда сплавов может быть, очевидно, восполнено расчетным их нахождением. Однако всегда необходимо учитывать возможные погрешно­ сти такого рода расчетов в случае тонких пленок. В связи с этим мы обращаем значительное внимание на экспериментальное изучение отдельных термодинамических характеристик иссле­ дуемых пленок.

С термодинамической точки зрения основой подхода, при­ меняемого нами к выяснению роли отдельных технологических факторов, является учет фактического изменения параметров состояния (равновесия) в каждом конкретном случае: темпе­ ратуры, давления, электромагнитных полей и состава, т. е. фиксирование изменения составляющих свободной энергии при кристаллизации пленок. Важна при этом специфика по-

55

Cl

С7Э

Та б л и ца 3

Термодинамические характеристики железа, никеля и кобальта, выплавленных в равновесных условиях