Нанорельеф поверхности тонких пленок сплавов Al–Mn и Al–Ni при ионно-ассистированном осаждении на стекло

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы закономерности формирования структуры, а также смачиваемость тонких пленок алюминия и сплавов Al–2.1 ат. % Mn и Al–1.4 ат. % Ni, осажденных на стеклянные подложки при ассистировании собственными ионами. Применение сканирующей зондовой (СЗМ) и растровой электронной микроскопии позволило охарактеризовать топографические неоднородности нано- и микрометрового размера на поверхности пленок и изучить характер их смачиваемости, измеренной методом покоящейся капли. В рамках профильного и топографического подходов для аналитического анализа СЗМ-изображений использован набор дискретных параметров шероховатости, дополненных безразмерными параметрами-комплексами (\(\psi \) и \(k\)) и параметром-функцией плотности вероятности высот выступов/впадин нанорельефа поверхности. Предложенный исследовательский гибридный параметр \(k\) характеризует форму неровностей профиля нанорельефа, нагляден и связывает амплитуду и шаг шероховатости. Показана информативность системы выбранных девяти параметров для оценки шероховатости и нерегулярности локальной структуры поверхности пленок в поперечном и продольном сечениях, позволяющей не только численно исследовать структурно-морфологические изменения при легировании алюминия, но и определить количественные соотношения, связывающие микрогеометрию поверхности пленок с условиями осаждения. Выявлено влияние исходного рельефа стекла-подложки на параметры неоднородностей поверхности пленок, которые имеют вид субмикронных конусов и локальных холмиков. Получено гауссово распределение нанорельефа пленок алюминия и его сплавов по площади поверхности, и поверхность покрытий можно рассматривать как реализацию случайного нормального процесса. Частотные распределения микрокапельной фракции по размерам носят логнормальный характер. Обнаружена корреляция параметров шероховатости пленок с размером и плотностью микрочастиц капельной фракции. Установлено, что осаждение Al-содержащих пленок понижает гидрофильность поверхности системы пленка/стекло–подложка. При легировании алюминия степень морфологической неоднородности поверхности пленок, а также их смачиваемость снижается. Обсуждается гомогенный режим смачивания пленок водой и его зависимость от материала, морфологии и однородности химического состава поверхности.

Об авторах

И. И. Ташлыкова-Бушкевич

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

Автор, ответственный за переписку.
Email: iya.itb@bsuir.by
Беларусь, 220013, Минск

И. А. Столяр

Белорусский государственный университет

Email: iya.itb@bsuir.by
Беларусь, 220050, Минск

Список литературы

  1. Mbam S.O., Nwonu S.E., Orelaja O.A., Nwigwe U.S., Gou X.-F. // Mater. Res. Express. 2019. V. 6. № 12. P. 122001. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab52cd
  2. Mozetič M., Vesel A., Primc G. et al. // Thin Solid Films. 2018. V. 660. P. 120. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2018.05.046
  3. Холодкова Н.В., Холодков И.В. // Электронная обработка материалов. 2016. Т. 52. № 5. С. 75.
  4. Гременок В.Ф., Тиванов М.С., Залеcский В.Б. Солнечные элементы на основе полупроводниковых материалов. Минск: Центр БГУ, 2007. 222 с.
  5. Антонец И.В., Голубев Е.А., Щеглов В.И. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2021. № 6. С. 85.
  6. Божков В.Г., Торхов Н.А., Ивонин И.В., Новиков В.А. // ФТП. 2008. Т. 42. № 5. С. 546.
  7. Остапчук А.К., Кузнецова Е.М., Михалищев А.Г. // Зауральский научн. вестн. 2014. № 2(6). С. 15.
  8. Антонец И.В., Котов Л.Н., Некипелов С.В., Голубев Е.А. // Журн. технической физики. 2004. Т. 74. № 3. С. 24.
  9. Антонец И.В., Голубев Е.А., Котов Л.Н. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2007. № 8. С. 65.
  10. Зайцева А.О. // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2015. Т. 2. С. 83.
  11. Сдобняков Н.Ю., Антонов А.С., Иванов Д.В. Морфологические характеристики и фрактальный анализ металлических пленок на диэлектрических поверхностях. Монография. Тверь, 2019. 168 с.
  12. Сергеев В.Е., Воротынцев В.М., Сазанова Т.С., Воротынцев И.В., Кононов С.В. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2020. № 9. С. 12. https://doi.org/10.31857/S1028096020090186
  13. Афанасьева Л.Е., Измайлов В.В., Новоселова М.В. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2021. № 5. С. 68. https://doi.org/10.31857/S1028096021050022
  14. Измайлов В.В., Новоселова М.В. // Вестн. Тверского гос. техн. ун-та. Сер. Технические науки. 2020. № 3(7). С. 5. https://doi.org/0.46573/2658-5030-2020-3-5-13
  15. Григорьев А.Я. Физика и микрогеометрия технических поверхностей. Минск: Беларуская навука, 2016. 247 с.
  16. Измайлов В.В., Афанасьева Л.Е., Новоселова М.В. // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования. 2020. № 13. С. 4.
  17. Lu B., Li N. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 326. P. 168. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.11.138
  18. Kubiak K.J., Wilson M.C.T., Mathia T.G., Carval P. // Wear. 2011. V. 271. № 3–4. P. 523. https://doi.org/10.1016/j.wear.2010.03.029
  19. Sigmund P. // Appl. Phys. Lett. 1974. V. 25. № 3. P. 169. https://doi.org/10.1063/1.1655425
  20. Ташлыков И.С., Белый И.М. Способ нанесения покрытий. Патент РБ № 2324. Бюл. гос. пат. Ведомства Республики Беларусь, 1999. № 1. С. 30.
  21. Картер Г., Коллигон Д., Ташлыков И.С. // Перспективные материалы. 1999. № 1. С. 5.
  22. McEvoy A.J., Castaner L., Markvart T. Solar Cells: Materials, Manufacture and Operation. Amsterdam: Academic press, 2013. 600 p.
  23. Garcia-Mendez M., Morales-Rodrigues S., Machorro R., De La Cruz W. // Revista Mexicana de Fisica. 2008. V. 54. № 4. P. 271.
  24. Rau U., Schock H.W. // Clean Electricity from Photovoltaics. 2001. P. 277.
  25. Ташлыкова-Бушкевич И.И., Мойсейчик Е.С., Лобач Р.Д., Суходольский Д.В. // Материалы и структуры современной электроники: материалы VIII Междунар. науч. конф. Минск, 2018. С. 111.
  26. Ташлыкова-Бушкевич И.И., Яковенко Ю.С., Мойсейчик Е.С., Бейда А.И. // Актуальные проблемы физики твердого тела: сб. докл. VIII Междунар. науч. конф. В 3 т. Т. 1. Минск, 2018. С. 170.
  27. Tashlykova-Bushkevich I., Izmailovich A., Stoliar I., Ahkapkina A., Derkach A. // Взаимодействие излучений с твердым телом: матер. 14-й Междунар. конф. Минск, 2021. С. 396.
  28. Рудакова А.В., Емелин А.В. // Коллоидный журнал. 2021. Т. 83. № 1. С. 3.
  29. Суслов А.А., Чикунов В.В., Шашолко Д.И., Чижик С.А. // Докл. VI Белорус. семинара по сканирующей зондовой микроскопии БЕЛСЗМ-6. Минск, 2004. С. 123.
  30. SurfaceXplorer. http://microtm.com/sx/sxr.htm.
  31. Экслер Л.И. Метрологические и технологические исследования качества поверхности. Рига: Зинатне, 1976. С. 37.
  32. Raposo M., Ferreira Q., Ribeiro P.A. // Modern Research and Educational Topics in Microscopy. 2007. V. 1. P. 758.
  33. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. М.: Металлургия, 1976. 272 с.
  34. Ташлыкова-Бушкевич И.И., Яковенко Ю.С., Шепелевич В.Г., Ташлыков И.С. // Физика и химия обработки материалов. 2016. № 3. С. 65.
  35. Новак А.В., Новак В.Р. // Письма в ЖТФ. 2013. Т. 39. Вып. 19. С. 32.
  36. Gailliard J.P. // Surface Engineering. Dordrecht: Springer, 1984. P. 32. https://doi.org/10.1007/978-94-009-6216-3_2
  37. Kurz W., Rappaz M., Trivedi R. // Int. Mater. Rev. 2020. V. 66. № 1. P. 30. https://doi.org/10.1080/09506608.2020.1757894
  38. Агабабов С.Г., Экслер Л.И. // Теплофизика высоких температур. 1971. Т. 9. № 3. С. 522.
  39. Venables J.A., Spiller G.D.T. // Surface Mobilities on Solid Materials. Boston: Springer, MA, 1983. P. 341. https://doi.org/10.1007/978-1-4684-4343-1_16
  40. Наследов А. IBM SPSS Statistics 20 и AMOS: профессиональный статистический анализ данных. СПб.: Питер, 2013. 416 с.
  41. Бендат Дж., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. М.: Мир, 1989. 540 с.
  42. Измайлов В.В., Новоселова М.В. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2021. № 13. С. 457. https://doi.org/10.26456/pcascnn/2021.13.457
  43. Технология тонких пленок / Ред. Майссел Л., Глэнг Р. М.: Сов. радио, 1977. 350 с.
  44. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 640 с.
  45. Зимон А.Д. Адгезия жидкости и смачивание. М.: Химия, 1974. 416 с.
  46. Бойнович Л.Б. // Вестн. Росс. акад. наук. 2013. Т. 83. № 1. С. 10. https://doi.org/10.7868/S0869587313010039
  47. Чебодаева В.В., Комарова Е.Г., Шаркеев Ю.П., Рудакова А.В., Емелин А.В. // Коллоидный журнал. 2021. Т. 83. № 1. С. 3. https://doi.org/10.31857/S0023291221010109
  48. Thomsen F. // Adhesion Adhesives + Sealants. V. 10. № 4. P. 12. https://doi.org/10.1365/s35784-013-0230-1
  49. Emeline A.V., Rudakova A.V., Sakai M., Murakami T., Fujishima A. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. № 23. P. 12086. https://doi.org/10.1021/jp400421v
  50. Liu W., Sun L., Luo Y., Wu R., Jiang H., Chen Y., Zeng G., Liu Y. // Appl. Surf. Sci. 2013. V. 280. P. 193. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.04.124
  51. Bizi-Bandoki P., Benayoun S., Valette S., Beaugiraud B., Audouard E. // Appl. Surf. Sci. 2011. V. 257. P. 5213. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.12.089
  52. Lee C., Cho H., Kim D., Hwang W. // Appl. Surf. Sci. 2014. V. 288. P. 619. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.10.084
  53. Ташлыкова-Бушкевич И.И., Шепелевич В.Г., Амати М., Грегоратти Л., Кискинова М. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2020. № 1. С. 81. https://doi.org/10.31857/S1028096020010197
  54. Бобрович О.Г., Ташлыков И.С., Тульев В.В., Барайшук С.М. // Физика и химия обработки материалов. 2006. № 1. С. 54.
  55. Рипенко В.С., Ерофеев М.В., Шулепов М.А., Тарасенко В.Ф. // Изв. вузов. Физика. 2016. Т. 59. № 9. С. 252.
  56. Rahimi M., Fojan P., Gurevich L., Afshari A. // Appl. Surf. Sci. 2014. V. 296. P. 124. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.01.059
  57. Lu B., Li N. // Appl. Surf. Sci. 2015. V. 326. P. 168. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.11.138
  58. Tashlykova-Bushkevich I.I., Shepelevich V.G. // J. Alloys Compd. 2000. № 299. P. 205. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(99)00750-1
  59. Tashlykova-Bushkevich I.I. // J. Alloys Compd. 2009. V. 478. P. 229. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.12.006
  60. Ташлыкова-Бушкевич И.И. // Быстрозакаленные материалы и покрытия: cб. докл. 3-й Всеросс. науч.-техн. конф. М., 2004. С. 23.
  61. Tashlykova-Bushkevich I.I., Amati M., Alemán B., Sezen H., Gregoratti L., Kiskinova M. // Int. J. Hydrog. Energy. 2016. V. 41. № 21. P. 9100. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.03.193
  62. Israelachvili J.N., Gee M.L. // Langmuir. 1989. V. 5. № 1. P. 288. https://doi.org/10.1021/la00085a059
  63. Wang J., Bratko D., Luzar A. // Proceed. Nation. Acad. Sci. USA. 2011. V. 108. № 16. P. 6374. https://doi.org/10.1073/pnas.1014970108
  64. Drelich J.W., Boinovich L., Chibowski E., Volpe C.D., Hołysz L., Marmur A., Siboni S. // Surf. Innovations. 2020. V. 8. № 1–2. P. 3. https://doi.org/10.1680/jsuin.19.00007
  65. Tashlykova-Bushkevich I.I., Yakovenko J.S., Bushkevich I.A. // Int. J. Nanosci. 2019. V. 18. № 3–4. P. 1940062. https://doi.org/10.1142/S0219581X19400623

Дополнительные файлы


© И.И. Ташлыкова-Бушкевич, И.А. Столяр, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах