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

Таким образом, следует констатировать, что магнитное поле при кристаллизации пленок при неизменных других условиях может приводить .к изменению термодинамического пересыщения. Теоретическое обоснование такого эффекта

было дано в главе I.

Отметим, что описанные изменения возникают не во всех пленках железо-никель-кобальтовых сплавов. Они наиболее значительны при большинстве условий в пленках никеля и

Степень влияния магнитного поля на скорость роста, тем­ пературу плавления и термодинамическое пересыщение за­ висит от сочетания температуры подложки, давления оста­ точных газов, плотности потока пара и в значительно мень­ шей мере от напряженности поля. Характерно, что улучшение вакуума снижает влияние магнитного поля. По-видимому, в условиях сверхвысоковакуумной кристаллизации пленок влияние его незначительно для пленок всех составов. Обратим внимание на тот факт, что влияние магнитного поля на кри­ сталлизацию пленок велико при его ориентации параллельно подложке. Приложение магнитного поля в процессе кристал­ лизации перпендикулярно поверхности подложки не обеспе­ чивает такого же высокого влияния, как при параллельной ориентации.

Весьма своеобразна закономерность влияния плотности потока пара на скорость роста пленок при их наклонном на­ пылении. Как уже было показано, частицы пара при наклон­ ном падении на поверхность подложки испытывают зеркаль­ ное или диффузное отражение по закону косинуса, которое, следовательно, усиливается при увеличении угла падения. Если предположить поверхность подложки или растущей пленки идеально гладкой, то при скользящем угле падения пуч­

пересыщение в адсорбированном слое может достигнуть кри­ тически низких величин, когда хемосорбция будет основным видом адсорбции пара. Подобная ситуация, как уже указыва­ лось, обусловлена тем, что количество химически активных га­ зовых молекул или атомов на растущей поверхности при увели­ чении угла ф остается фактически постоянным, так как условия их поступления не изменяются, а количество частиц пара сни­ жается. В результате этого отношение v/Nn (ом. соотношение

70

( 1.21)) при некотором ф становится чрезмерно большим, что приводит к изменению состава пленок и температуры плав­ ления (наряду с возникновением прочих эффектов, например, изменением кинетики кристаллизации).

Следует, однако, учитывать, что атомарно гладкой поверх­ ностью нельзя считать ни поверхность подложки, ни поверх­ ность растущей пленки. В условиях, например, гетерогенного зародышеобразова.иия значительная шероховатость поверх­ ности пленки обусловливается статистически распределенны­ ми зародышами критических и закритических размеров,, т. е. растущими зернами. В подобном качестве могут выступать любые макро- и микронеровности независимо от их проис­ хождения. При этом на зародышах зерен или других высту­ пах поверхности всегда найдутся отдельные участки, которые расположены нормально к падающему потоку пара. На тако­ го рода локальных участках конденсация пара будет более или менее полной и может нарушаться лишь в результате ухудшения вакуума или изменения других факторов, имею­ щих отношение к поверхностным эффектам. На всех осталь­ ных участках поверхности подложки и зародышей будет .про­ исходить отражение падающих атомов и молекул в той степени, которая определяется законом косинуса. Участки с большим углом отклонения от направления пучка пара в от­ ношении количества адсорбированных атомов находятся ери этом в невыгодном положении. В результате этого на различ­ ных участках поверхности пленки, несмотря на выравниваю­ щее действие поверхностной диффузии, условия роста будут разными. Этот эффект может быть в особенности заметным при низких температурах подложки.

Следствием описанной ситуации является преимуществен­ ное прорастание отдельных участков пленки в направлении падения пучка пара. Поверхность пленки, таким образом, приобретает зубчатую форму, причем выступы наклонены в направлении пучка пара. Это явление, имеющее место при наклонном напылении пленок, интерпретируется в настоящее время, как известно, на основе механизма самозатенения. Безусловно, следует согласиться, что наряду с рассмотрен­ ным выше косинусным отражением действует также и меха­ низм самозатенения, в особенности на более поздних стадиях роста при больших углах наклона пучка. Однако некоторые детали закономерностей роста пленки и ее структуры при наклонном напылении можно объяснить исключительно с по­ мощью эффекта косинусного отражения.

Необходимо отметить, что оценка термодинамических и кинетических условий кристаллизации при наклонном напы­ лении пленок по скорости их роста несколько осложнена сле­ дующими обстоятельствами. С одной стороны, поскольку из-

71

мереное скорости роста пленки возможно лишь в направлении нормали к подложке, то при наклонном напылении необхо­ димо учитывать геометрическую поправку на угол наклона. С другой стороны, весьма сложно учесть тот факт, что сте­ пень пересыщения в адсорбированном слое неоднородна на различных участках поверхности наклоненной подложки вслед­ ствие их различной удаленности от .испарителя.

Несмотря на методические трудности, полученные данные позволяют сделать вывод о том, что с увеличением угла ф значительно изменяется кинетика роста пленок, уменьшают­ ся переохлаждение и пересыщение в адсорбированном слое, снижаются температура плавления пленок и термодинамиче­ ское пересыщение.

Судя по степени изменения Ts, АТ при увеличении утла наклона пучка пара (см., например, табл. 4), можно предпо­ ложить, что при этом происходит весьма значительное обед­ нение адсорбированного слоя атомами пара. По-видимому, столь резкого снижения количества частиц на фронте кри­ сталлизации нельзя достичь путем, лаоример, уменьшения плотности потока пара при низких температурах испарителя.

Прямым доказательством уменьшения количества адсор­ бированных частиц пара на поверхности роста при больших углах наклона подложки является, в частности, увеличение интенсивности рефлексов окисных фаз. Пример подобного

72

Из всего многообразия типов влияния газовых примесей на процессы роста пленок наиболее важны химический, кинетиче­ ский (диффузионный) и модифицирующий, реализующиеся зачастую одновременно. Роль примесей как модификаторов рассматриваться здесь не будет.

Химическое взаимодействие газовых 'примесей с вещест­ вом осуществляется главным образом при испарении и кон­ денсации. Активность этого взаимодействия непосредственно в паровой фазе можно с некоторым основанием считать более второстепенным фактором.

В зависимости от применяемых откачных средств остаточ­ ная атмосфера, как было показано, может содержать разные количества различных примесей [41, 45]. Масс-опектрометри- ческий анализ обычно с достаточной воспроизводимостью по­ казывает, что остаточные газы состоят из паров воды и газов N2, Н о, С 02, 0 2, а также различных органических соединений (например, CFL и др.).

Газовые и прочие примеси, встречаясь с атомами металла,

или же выделяться в виде нерастворенной примеси, всевоз­ можных межкристаллнтных ликвационных скоплений и т. д. При кристаллизации пленок наиболее вероятна одновремен­ ная реализация отмеченных процессов, причем интенсивность протекания каждого из них зависит от состава пара и газа и кинетических и термодинамических условий роста пленок.

Проанализируем образование соединений. В общем слу­ чае следует предположить, что при кристаллизации пленок сплавов Fe—Ni—Со может иметь место химическое взаимо­ действие всех компонентов сплава со всеми компонентами остаточных газов. Наиболее химически активным из триады рассматриваемых металлических элементов является железо. Например, окисление его может происходить в водяных па­

можно ожидать ряда окисиых, нитридных, карбидных и дру­ гих соединений. Напомним, что во всех подобных реакциях газы участвуют в атомарном состоянии.

Необходимо отметить, что в литературе в настоящее вре­ мя имеются экспериментальные данные, подтверждающие возможность образования в тонких пленках и мелкозернистых макрообразцах ряда указанных соединений. Так, например, согласно [179], в результате взаимодействия никеля и ко­ бальта при температурах 520—670 °К образуется .№зС. При Т выше 670 °К это соединение распадается. Сведения об образо­ вании в кобальтовых и никелевых пленках соединений Со2С,

74