Формирование рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ
|
Гончаров, Игорь Юрьевич
АВТОР
|
||||
|
кандидата физико-математических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Белгород
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
2004
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
01.04.07
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
На правах рукописи
ГОНЧАРОВ Игорь Юрьевич
ФОРМИРОВАНИЕ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕРОДНЫХ КОНДЕНСАТОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ИМПУЛЬСНЫМ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ МЕТОДОМ
01. 04. 07. - Физика конденсированного состояния
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
Белгород - 2004
Работа выполнена в Белгородском государственном университете
Научный руководитель: доктор физико-математических наук,
профессор Камышанченко Н.В.
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,
профессор Федоров ВА
кандидат физико-математических наук Ястребинский Р.Н.
Ведущая организация: Государственный научно-исследовательский
институт физических проблем им. Ф.В. Лукина
Защита состоится 24 декабря 2004 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д212.015.04 в Белгородском государственном университете по адресу: 308007, г. Белгород, ул. Студенческая, 14.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белгородского государственного университета.
Автореферат разослан 22 ноября 2004г.
Ученый секретарь диссертационного совета
Савотченко С Е.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Нанотехнология является одним из наиболее интенсивно развивающихся разделов науки, показательно, что Соединенные Штаты Америки значительно увеличили финансирование научных исследований в данном направлении, начиная с 2003 года. Одна из перспективных областей нанотехнологии — это нанесение тонких пленок в вакууме (нанослоев) и модифицирование поверхности пленок с использованием ионных пучков. Уже определены в основном возможные области применения нанослоев. Это защитные покрытия на различных видах деталей, покрытия с улучшенными трибологическими характеристиками, термобарьеры, диффузионные барьеры, биосовместимые покрытия, полупроводниковые датчики и т.д.
В последние годы во всем мире значительно вырос интерес к вакуумно-дуговым методам получения углеродных покрытий. Это подтверждается большим количеством научных исследований и публикаций, а также повышенным интересом к этой технологии отечественных и западных компаний. К примеру, сверхтонкие (порядка нескольких нанометров) и сверхтвердые пленки углерода, получаемые вакуумно-дуговым методом, предполагается использовать для защиты тонкого магнитного слоя жестких дисков компьютеров, толщина которого уменьшается по мере повышения емкости накопителей. Перспективной областью использования углеродных конденсатов является твердотельная электроника, а также защита голографического и дифракционного микрорельефа.
Исследования поверхности тонких слоев толщиной от долей нанометров до десятков микрон с использованием современных методов, таких как сканирующая зондовая микроскопия, требуют проведения большого объема исследовательских работ для получения достоверного результата применительно к углеродному конденсату.
В настоящее время известно, что при конденсации углеродной плазмы на поверхности покрытия образуются микровыступы (конусы, вискеры), механизм образования которых во многом неясен. В научной литературе нет данных об исследованиях рельефа поверхности углеродного покрытия в зависимости от энергии ионов, его толщины, а также о влиянии исходного профиля подложки на топографию формируемого на нем покрытия. Особый интерес представляет начальная стадия формирования рельефа на поверхности. Кроме того, необходимы дополнительные исследования, направленные на определение методов воздействия на растущий конденсат с целью улучшения качества его поверхности.
Исследования процесса формирования рельефа поверхности углеродной пленки и, в конечном итоге, получение возможности управления им, открывает новые области применения, в частности, при создании твердотельных электронных элементов нового типа: эмиттеров на основе углеродных пленок, а также в технологии изготовления микрозондов
(кантилеверов), применяемых в сканирующей з^^о^Щщ^да^щц
БИБЛИОТЕКА
¿гашI
Таким образом, тема исследований является актуальной как в научном плане, так и в ее прикладном аспекте.
Цель работы. Экспериментальное и аналитическое исследование закономерностей процесса формирования рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом с использованием сканирующей зондовой микроскопии.
Научная новизна работы.
1. На основании анализа теоретических моделей взаимодействия микрозонда с поверхностью установлено, что микротвердость и модуль упругости углеродного конденсата могут приводить к деформации микрозонда и должны учитываться при обработке результатов.
2. Установлено, что образование нановыступов начинается при достижении толщины конденсата 80-100 нм.
3. На основании исследования динамики роста покрытий установлен немонотонный характер зависимости степени шероховатости от толщины, связанный с пороговым характером релаксации внутренних напряжений в покрытии, формируемом в термодинамически неравновесных условиях.
4. Установлено, что отношение между диаметром микровыступов и их высотой сохраняется примерно постоянным для различных их размеров по мере роста толщины углеродного покрытия.
5. Показано, что ионная бомбардировка и сепарация плазменного потока углерода от макрочастиц позволяют уменьшить степень шероховатости получаемых пленок.
6. Установлено, что использование полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера позволяет значительно повысить разрешающую способность метода и наблюдать границы между микрокластерами.
7. На основе анализа феноменологической модели формирования углеродного покрытия в условиях ионной бомбардировки показано, что внутренние напряжения в углеродном конденсате определяющим образом могут влиять на формирование микрорельефа поверхности покрытия.
Практическая ценность работы.
Результаты экспериментальных исследований, полученные в работе, расширяют представления о закономерностях формирования тонких пленок углерода в условиях ионной бомбардировки. Экспериментальные зависимости могут быть использованы в нанотехнологии для выбора толщины защитного покрытия ответственных деталей электронной техники, в частности жестких магнитных дисков компьютеров, в технологии изготовления полевых эмиссионных дисплеев на основе углеродных пленок, а также при изготовлении микрозондов (кантилеверов), применяемых в сканирующей зондовой микроскопии.
Результаты работы могут быть использованы для совершенствования технологии нанесения защитных и функциональных тонких пленок углерода различного назначения в микроэлектронике, оптике, медицине.
На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:
1. Результаты теоретического анализа особенностей сканирующей зондовой микроскопии и возможных артефактов для сверхтвердого углеродного конденсата, полученные с использованием моделей взаимодействия микрозонда с поверхностью, и рекомендации по выбору режимов сканирования.
2. Результаты экспериментальных исследований рельефа поверхности углеродного конденсата в зависимости от его толщины, ионного облучения и предварительно сформированного микрорельефа с использованием контактного режима сканирования.
3. Результаты исследований начальной стадии формирования микрорельефа на поверхности углеродного конденсата с использованием полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера.
4. Феноменологическая модель формирования микрорельефа поверхности углеродного конденсата в условиях ионной бомбардировки.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях:
• IX Межгосударственной конференции «Радиационная повреждаемость и конструкционная способность материалов». - Белгород, 2001.
• 6 Международной конференции «Вакуумные технологии и оборудование». - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003.
• 15 Международном симпозиуме «Тонкие пленки в оптике и электронике». - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003.
• 14th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubues, Nitrides & Silicon Carbide, 2003, Salzburg Congress Center, Salzburg, Austria.
• 9th International Conference on New Diamond Science and Technology, 2004, Waseda University International Conference Center Tokyo, Japan. Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 9 работах,
список которых приведен в конце автореферата.
Личный вклад автора в проведение исследований и получение результатов является определяющим. Все результаты, приведенные в диссертации, получены либо самим автором, либо при его непосредственном участии.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Полный объем работы составляет 193 страницы машинописного текста.
Основное содержание работы
Во введении обоснована актуальность, определены цель и задачи исследования. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и прикладная ценность полученных результатов. Схематично изложено содержание диссертации.
Первая глава является обзорной и состоит из четырех разделов.
В разделе 1.1. рассмотрены основные методы исследования поверхности, проведен их сравнительный анализ.
В разделе 1.2. описаны физические основы и особенности применения сканирующей зондовой микроскопии для исследования поверхности тонких пленок, рассмотрены принципы работы сканирующего зондового микроскопа.
В разделе 1.3. представлены основные методы анализа микрорельефа поверхности.
В разделе 1.4. представлены результаты исследования поверхности углеродных конденсатов, получаемых различными методами.
В заключении сделан вывод о том, что исследований в выбранном направлении недостаточно. В научной литературе нет данных об исследованиях рельефа поверхности углеродного покрытия в зависимости от его толщины, а также о влиянии исходного профиля подложки на топографию формируемого на нем покрытия. Особый интерес представляет начальная стадия формирования рельефа на поверхности. Кроме того, необходимы дополнительные исследования, направленные на определение методов воздействия на растущий конденсат с целью улучшения качества его поверхности.
Сделан вывод о том, что сканирующая зондовая микроскопия может успешно применяться для исследования поверхности различных объектов в нанометровом диапазоне, и имеет преимущество перед сканирующей электронной микроскопией при оценке качества поверхности. Отмечено, что для адекватного применения зондовой микроскопии необходимы исследования возможных механизмов возникновения артефактов, т. е. аппаратных эффектов, приводящих к наблюдению ложных или искаженных свойств исследуемого объекта, которые могут быть обусловлены, например, воздействием на объект самого инструмента исследований или, как в нашем случае — воздействием сверхтвердого объекта в виде углеродного конденсата на инструмент исследования (микрозонд). Установлено, что существующие методы оценки качества поверхности не всегда адекватно отражают свойства объектов с неупорядоченной структурой.
Вторая глава посвящена анализу влияния свойств углеродных сверхтвердых покрытий на процесс сканирующей зондовой микроскопии их поверхности и разработке рекомендаций по выбору режимов сканирования применительно к исследуемому объекту.
В разделе 2.1 проведен теоретический анализ силового взаимодействия зонда с углеродным покрытием на основе решения задачи Герца, который позволил:
• проанализировать силы, возникающие в момент касания зонда поверхности в полуконтактном режиме, которые влияют на колебания кантилевера;
• восстановить форму поверхности образца в случае, когда детали на ней по размеру сравнимы с радиусом закругления острия зонда;
• определить радиус зоны контакта, глубину проникновения зонда, величину контактного давления.
Решение задачи Герца проведено численным методом с использованием компьютерного моделирования в среде MathCAD. В таблице 1 приведены результаты моделирования.
Таблица 1
Сравнительный анализ контактных деформаций, возникающих при атомно-силовых исследованиях реальных материалов кремниевым кантилевером
Материал и его модуль упругости, ГПа Радиус области контакта а, им Сближение за счет деформации й, нм Давление в области контакта Р, ГПа
Кремний, Е-150ГПа 0.771 1.661 0.059 0.276 2.679 5.771
Алмаз, Е=1000ГПа 0.64 1.38 0.041 0.19 3.88 8.36
Углеродное алмазоподобное покрытие Е=700ГПа 0.653 1.406 0.043 0.198 3.736 8.049
При величине сближающей силы Р, нН
5 50 5 50 5 50
Установлено, что радиус контакта, давление в области контакта и деформация при сканировании углеродного алмазоподобного покрытия с модулем упругости 700 ГПа с помощью кремниевого кантилевера соизмеримы со значениями, полученными при сканировании натурального алмаза с модулем упругости 1000 ГПа. Высокие давления в области контакта могут приводить к деформированию зонда (увеличению радиуса кривизны), что обуславливает возникновение артефактов.
В разделе 2.2 установлено, что в большинстве случаев на поверхности исследуемого образца присутствует жидкая пленка микроскопических масштабов. Это приводит к существенным эффектам при взаимодействии кантилевера с такой поверхностью, т. к. на столь малом масштабе большое значение приобретают силы поверхностного натяжения и капиллярные силы.
В разделе 2.3 установлено, что для нахождения силы взаимодействия зонда с образцом необходимо проинтегрировать попарное ван-дер-ваальсовское взаимодействие молекул кантилевера и образца.
Сила ван-дер-ваальсовского взаимодействия отдельной молекулы с плоским образцом убывает как четвертая степень расстояния до поверхности.
Силу взаимодействия зонда с образцом можно найти, проинтегрировав притяжение всех молекул к поверхности последнего.
В разделе 2.4 установлено, что в случае сканирования поверхностей металлов, диэлектриков и полупроводников необходимо учитывать силы адгезии электростатического характера на границе раздела двух тел, имеющих различную природу.
В разделе 2.5 рассчитано предельное разрешение в контактном режиме. Показано, что решение задачи Герца позволяет оценить минимальное достоверное разрешение в измерениях, которое определяется выражением (1).
где ¥- величина сближающей силы, нН, К - эффективный модуль Юнга, равный
Полученное выражение (1) справедливо в качестве как вертикального, так и продольного предела разрешения малых элементов рельефа.
Однако, искажению измеряемой формы подвержены не только мелкие, но и крупномасштабные особенности образца (радиусы кривизны образца много больше радиуса зонда), поэтому необходимо учитывать радиус кривизны образца, так как смещение изображения зависит от склона.
Точность изображения ограничивается прогибом на наклонных участках образца и равна
Кроме того, в данном разделе рассматривается влияние радиуса кривизны зонда и образца на разрешающую способность метода. Проведены оценочные расчеты латеральной разрешающей способности атомно-силового микроскопа.
Раздел 2.6 посвящен влиянию коэффициента трения на сигнал обратной связи. Установлено, что схема измерения силового взаимодействия, основанная на измерении разностных сигналов фотодиода, применяемая в атомно-силовой микроскопии и используемая при исследовании распределения локальных фрикционных свойств поверхности, может приводить к искажениям «топографического» сигнала.
В разделе 2.7 показано, что в процессе сканирования возникают значительные контактные давления, при этом деформируется поверхность исследуемого образца, а в случае сверхтвердого покрытия и сам микрозонд. Необходимо учитывать возможное искажение размеров исследуемых объектов на поверхности покрытия.
В разделе 2.8 проанализирован режим прерывистого контакта, основанный на резонансной схеме. Установлено, что данный режим обеспечит повышенную чувствительность, при этом Дф - сдвиг фаз между частотой колебаний кантилевера и частотой вынужденных колебаний даст дополнительную информацию о вязкоупругих свойствах поверхности. Это особенно важно при зондировании поверхности с высоким модулем упругости.
В заключение раздела приведены рекомендации по выбору режимов сканирования сверхтвердых углеродных покрытий.
В третьей главе, состоящей из девяти разделов, приведены результаты экспериментальных исследований.
В разделе 3.1 приведено описание сканирующего зондового микроскопа «Смена-А» и его режимы сканирования.
В разделе 3.2 приведено краткое описание экспериментальной установки, реализующей импульсный метод нанесения углеродных алмазоподобных покрытий.
В разделе 3.3 описаны методики измерения толщины покрытий, в диапазоне от 10 нм до 10 мкм с использованием сканирующей зондовой и оптической микроскопии.
Раздел 3.4 посвящен исследованию характеристик подложек для нанесения покрытий до и после процесса ионного травления. Среднеарифметическая шероховатость кремниевой подложки Ra составила 0,177 нм. Из анализа гистограммы распределения объектов по высоте в процентном соотношении установлено, что 100% неровностей лежат в диапазоне от 2 нм до 3 нм. После обработки ионным источником на поверхности кремния преобладает «волнистый» рельеф, кроме того, на поверхности образуются кратеры глубиной 20 - 25 нм. Шероховатость поверхности увеличивается до 1,521 нм.
Раздел 3.5 посвящен исследованию микрорельефа подслоя титана, который используют для повышения адгезии углеродного конденсата с подложкой.
В разделе 3.6. приведены результаты исследований динамики изменения микрорельефа углеродного конденсата в диапазоне толщин 10 нм - 10 мкм, полученного импульсным вакуумно-дуговым методом, а также результаты статистического анализа.
Таблица 2
Результаты статистического анализа микрорельефа углеродного конденсата в диапазоне толщин от 10 нм до 10 мкм. Размер скана 1 мкм х 1 мкм
Ктах &теап Л, Я. Л* Яки
Юпш 6,1 3,7 0,4 0,5 0,09 3,2
100 пт 6,3 .3.7 0,5 0,8 0,2 3,2
ЮООшп 9,3 7,8 0,9 1,2 0,5 3,3
5000 пт 150,1 82,9 24,4 29,6 -0,05 2,4
10000 пт 243,2 211,9 27,5 36,4 1,4 5,8
Д)
Рис. 1. Микрорельеф углеродного конденсата толщиной а) 10 нм, б) 100 нм, в) 1000 нм, г) 5000 нм, д) 10000 нм.
Рис. 2. Зависимость степени шероховатости углеродного конденсата от толщины в диапазоне от 10 нм до 10 мкм. Размер скана 50x50 мкм.
Рис. 3. Зависимость степени шероховатости углеродного конденсата от толщины в диапазоне от 10 нм до 1000 нм.
толщина, им
Рис. 4. Зависимость степени шероховатости углеродного конденсата от толщины в диапазоне от 1000 нм до 10000 нм.
Особенностью зависимости представленной на рис.3 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.
Линейный рост величины степени шероховатости также наблюдается в диапазоне толщин от 1000 до 10000 нм.
Для проверки этого явления был привлечен фрактальный анализ поверхности и соответствующее программное обеспечение. Качественный анализ топографии поверхности, представленной на рис. 5, позволяет классифицировать поверхность углеродного конденсата толщиной 100 — 10000 нм как фрактальную, а именно, по определению Мандельброта структуру, состоящую из отдельных частей (объектов), подобных целому.
Дополнительно проведено исследование отдельного объекта (микровыступа), приведенного на рис. 5, в виде скоплений и было установлено, что отношение высоты к диаметру объектов сохраняется по мере увеличения толщины покрытия. Таким образом, выполняется условие самоподобия, которое является основным существенным признаком фрактальных объектов.
Рис. 5. Начальная стадия образования фрактальной структуры на поверхности углеродного покрытия
Экспериментально установлено, что рост фрактальных объектов на поверхности конденсата начинается при достижении толщины 80-100 нм.
На рис. 6 представлен график зависимости фрактальной размерности углеродного конденсата от толщины.
3
I л
О
Рис. 6. Зависимость фрактальной размерности углеродного конденсата от толщины.
Анализ зависимости величины фрактальной размерности от толщины показывает, что значения этого параметра в диапазоне толщин покрытий 500 — 800 нм практически совпадают. В диапазоне толщин 1000 - 10000 нм фрактальная размерность линейно возрастает. Таким образом, можно сделать вывод о качественном совпадении полученных результатов фрактального анализа поверхности с результатами анализа степени шероховатости поверхности по величине среднеарифметического значения шероховатости.
В разделе 3.7 приведены результаты исследования влияния ионной бомбардировки на формирование микрорельефа углеродного конденсата.
Установлено, что ионное травление ионами воздуха приводит к сглаживанию рельефа углеродного покрытия и уменьшению степени шероховатости в два раза. На рис. 7 представлена топография углеродного конденсата толщиной 1000 нм до и после процесса ионного травления.
а) б)
Рис. 7. Топография углеродного конденсата толщиной 1000 нм.
а) исходная поверхность конденсата;
б) поверхность конденсата после процесса ионного травления,
Результаты сравнения степени шероховатости поверхности углеродного покрытия до и после ионного травления приведены на рис. 8.
30 т-->--:----1
25 -
20
Рис. 8. Зависимости степени шероховатости углеродного конденсата от его толщины до и после процесса ионного травления.
В разделе 3.8 приведены результаты исследования влияния искусственно созданного геометрического фактора на подложке (выступа, впадины, ступени) на формирование микрорельефа углеродного конденсата. Для формирования микрорельефа использовали процесс зондовой нанолитографии.
Рис.9. Топография поверхности титановой пленки после процесса электрической зондовой литографии с углеродной пленкой толщиной 500 нм.
Рис. 10. Профилограмма поверхности титановой пленки после процесса электрической зондовой литографии с углеродной пленкой толщиной 500 нм.
Установлено, что профиль полученного углеродного покрытия повторяет профиль титанового конденсата с высокой степенью точности.
Раздел 3.9 содержит результаты исследований влияния сепарации плазменного потока углерода на микрорельеф и степень шероховатости углеродного конденсата.
Рис 11. Топография углеродною конденсата толщиной 1000 нм без сепарации плазменного потока (а) и с сепарацией (б), размер скана 50x50 мкм.
С использованием программного обеспечения сканирующего зондового микроскопа построены гистограммы распределения объектов по высоте в процентном соотношении, представленные на рис. 12.
Рис. 12. Зависимости распределения плотности объектов в процентном соотношении от их высоты для углеродного конденсата толщиной 1000 нм без сепарации плазменного потока (а) и с сепарацией (б).
Результаты анализа гистограмм сведены в таблицах 3 и 4.
ТаблицаЗ
Результаты анализа зависимостей распределения плотности объектов в процентном соотношении от их высоты для углеродных конденсатов толщиной 1000 нм без сепарации плазменного потока
Высота микрочастиц, нм Процентное количество
0-187 0,6%
187 - 258 90%
258 - 400 8%
400 - 831 1,4%
Таблица 4
Результаты анализа зависимостей распределения плотности объектов в процентном соотношении от их высоты для углеродных конденсатов толщиной 1000 нм с сепарацией плазменного потока
Высота микрочастиц, нм Процентное количество
0-80 0,5%
80-127 1,1%
127-147 93,3%
147-250 4,5%
250-561 0,6%
Установлено, что сепарация плазменного потока от макрочастиц позволяет существенно повысить качество поверхности углеродного конденсата.
Четвертая глава посвящена исследованию начальной стадии формирования микрорельефа на поверхности углеродного конденсата с использованием полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера, повышению разрешающей способности метода, наблюдению границ между микрокластерами углерода, а также исследованиям влияния ускоряющего потенциала, приложенного к подложке, на размер микрокластеров углерода.
Рис. 13 и 14 демонстрируют возможность регистрации сдвига фаз на примере углеродного конденсата толщиной 100 нм: без ускоряющего потенциала (рис. 13) и с подачей ускоряющего потенциала 1000В (рис. 14).
а) б)
лш "" №'»3«...................■':""" ................„.„„¡к,инш?......Г.........:,.,... М.**.Ш
Рис. 13. Углеродный конденсат толщиной 100 нм без ускоряющего потенциала: а) рельеф, б) фазовое изображение.
а) б)
аШ "."" 1 ЙИ",:......■_ ':':■"". "".: < I а> ! > 14>и 1 ...............................к пмг ..........<<) г« 1»!
Рис.14. Углеродный конденсат толщиной 100 нм с ускоряющим потенциалом 1000В: а) рельеф; б) фазовое изображение.
Установлено, что полуконтактный режим сканирования с модуляцией колебаний кантилевера позволяет значительно повысить разрешающую способность метода для наблюдения границ между микрокластерами углерода. На изображении фазового контраста различаются структурные элементы размером около 20 нм, которые не обнаруживаются на изображении топографии. Показано, что при подаче ускоряющего потенциала на подложку происходит уменьшение размеров микрокластеров углерода от 300 до 100 нм.
Установлено, что анализ изображения фазового контраста позволяет оценивать неоднородность по толщине титанового подслоя, имеющего меньший модуль упругости, чем углеродное покрытие.
В пятой главе, состоящей из трех разделов, представлена феноменологическая модель формирования микрорельефа поверхности углеродного конденсата.
С использованием фрактального анализа, транспортных теорий и основных положений термодинамики, рассмотрены основные процессы формирования углеродных конденсатов: начальная стадия формирования фрактальных кластеров с критическим размером на активных центрах; процесс укрупнения фрактальных кластеров и образования свободного объема; уплотнение фрактальной структуры под действием сжимающих напряжений; формирование поверхностного рельефа, как результата релаксации внутренних напряжений, возникающих в растущем углеродном конденсате.
В результате установлено, что причиной возникновения микровыступов на поверхности углеродного конденсата, формируемого в условиях ионной бомбардировки, могут являться внутренние напряжения сжатия в покрытии, неоднородность свойств покрытия, а также неоднородное электрическое поле у поверхности. Фрактальная поверхностная структура углеродного конденсата может влиять на циклический характер изменения микрорельефа на поверхности покрытия.
Основные результаты диссертационной работы
1. На основании анализа теоретических моделей взаимодействия микрозонда с поверхностью установлено, что микротвердость и модуль упругости углеродного конденсата могут приводить к деформации микрозонда и должны учитываться при обработке результатов. По результатам этих исследований разработаны рекомендации по выбору режимов сканирования сверхтвердого углеродного конденсата.
2. Установлено, что образование нановыступов начинается при достижении толщины конденсата 80-100 нм.
3. На основании исследования динамики роста покрытий установлен немонотонный характер зависимости степени шероховатости от толщины, связанный с пороговым характером релаксации внутренних напряжений в покрытии, формируемом в термодинамически неравновесных условиях.
4. Установлено, что отношение между диаметром микровыступов и их высотой сохраняется примерно постоянным для различных их размеров.
5. Показано, что ионная бомбардировка и сепарация плазменного потока углерода позволяют уменьшить степень шероховатости получаемых пленок.
6. Установлено, что ионное травление ионами воздуха приводит к сглаживанию рельефа углеродного покрытия и уменьшению степени шероховатости в два раза.
7. Установлено, что использование полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера позволяет значительно повысить разрешающую способность метода и наблюдать границы между микрокластерами.
8. Установлено, что при подаче ускоряющего потенциала на подложку происходит уменьшение размеров микрокластеров углерода от 300 до 100 нм.
9. По результатам исследований влияния искусственно созданного геометрического фактора на подложке (выступа, впадины, ступени) на формирование микрорельефа углеродного конденсата установлено, что профиль полученного углеродного покрытия повторяет профиль титанового конденсата с высокой степенью точности.
10.На основе анализа феноменологической модели формирования углеродного покрытия в условиях ионной бомбардировки показано, что внутренние напряжения в углеродном конденсате определяющим образом могут влиять на формирование микрорельефа поверхности покрытия.
Список публикаций по теме диссертации
1. Никитин В.М., Колпаков АЯ., Гончаров И.Ю. Влияние длительности импульса сильноточного вакумно-дугового разряда на величину коэффициента эрозии графитового катода // Научные ведомости БелГУ. Серия «Физика». - 2001. - Т. 1. -№ 2. - С. 34 - 36.
2. Гончаров И.Ю., Колпаков А.Я., Никитин В.М. Применение сканирующей зондовой микроскопии для исследования тонких пленок, получаемых вакуумно-дуговым методом // Сборник докладов 6-й Международной конференции «Вакуумные технологии и оборудование». - Харьков: ННЦ ХФТИ.-2003.-С. 151-154.
3. Гончаров И.Ю., Колпаков А.Я., Никитин В.М., Поплавский А.И., Харченко ВА Зависимость падения напряжения между катодом и анодом вакуумно-дугового разряда от температуры катода // Сборник докладов 6-й Международной конференции «Вакуумные технологии и оборудование». - Харьков: ННЦ ХФТИ. - 2003. - С. 34 - 36.
4. Галкина М.Е., Гончаров И.Ю., Колпаков А.Я., Никитин В.М., Харченко В.А Отжиг углеродных конденсатов, полученных импульсным вакуумно-дуговым методом // Сборник докладов 15-го Международного симпозиума «Тонкие пленки в оптике и электронике». - Харьков: ННЦ ХФТИ. - 2003. - С. 233 - 235.
5. Inkin V.N., Kolpakov A.Y., Oukhanov S.I., Barbakov V.I., Galkina M.E., Goncharov I.U. Correlation between parameters of deposition process of carbon superhard condensates and change of internal stress in them at a process of annealing // Abstract book 14th European Conference on Diamond, DiamondLike Materials, Carbon Nanotubues, Nitrides & Silicon Carbide. - Austria: Salzburg Congress Center. - 2003.
6. Inkin V.N., Kolpakov A.Y., Oukhanov S.I., Barbakov V.I., Galkina M.E., Goncharov I.U. Change of internal stress of carbon superhard condensates at a process of annealing // Diamond and Related Materials. - 2004. Vol. 13. -P. 1474-1479.
7. Inkin V.N., Kolpakov A.Y., Oukhanov S.I., Barbakov V.I., Galkina M.E., Goncharov I.U. Change of internal stresses at a process of annealing of carbon nitride films obtained by pulse vacuum arc method // Abstract book 9th International Conference on New Diamond Science and Technology. Japan: Waseda University International Conference Center Tokyo - 2004.
8. Камышанченко Н.В. Колпаков А.Я Гончаров И.Ю. Дручинина О.А. Эффект восстановления деформированной поверхности пластичной подложки с алмазоподобным углеродным покрытием // Известия Тульского Государственного Университета. Серия «Физика». - 2004. -Вып. 4. С. 54-58.
9. Гончаров И.Ю., Колпаков А.Я., Камышанченко Н.В. Динамика роста нановыступов на поверхности углеродного покрытия на начальной стадии конденсации // Научные ведомости БелГУ. Серия «Физика». - 2004. -Т. 1. - № 1. - С. 56-59.
Подписано в печать 17.11.2004. Формат 60x84/16. Гарнитура Times. Усл. п. л. 1,39. Заказ № 284. Тираж 100 экз. Оригинал-макет подготовлен и тиражирован в издательстве Белгородского государственного университета 308015 г. Белгород, ул. Победы, 85
132
384
Введение
Глава 1. Основные методы исследования и анализа микрорельефа 12 поверхности углеродного конденсата
1.1. Основные методы исследования поверхности, их сравнительный 12 анализ
1.2. Физические основы и особенности применения сканирующей 20 зондовой микроскопии для исследования поверхности тонких пленок
1.2.1. История возникновения и развития сканирующей зондовой 20 микроскопии
1.2.2. Основные области применения сканирующей зондовой 28 микроскопии
1.2.3. Общие принципы работы сканирующего зондового микроскопа
1.2.4. Потенциал взаимодействия зонда с образцом. Режимы работы 31 ^ атомно-силового микроскопа
1.2.5. Основные типы сил взаимодействия в атомно-силовой микроскопии
1.2.6. Физические модели взаимодействия кантилевера (микрозонда) с 42 поверхностью
1.3. Основные методы анализа микрорельефа поверхности
1.3.1. Статистический анализ поверхностей в сканирующей зондовой 52 микроскопии
1.3.2. Фрактальный анализ поверхностей в сканирующей зондовой 54 микроскопии
1.4. Результаты исследований поверхности углеродных покрытий, 62 получаемых различными методами
1.4.1. Структурные особенности углеродного конденсата
1.4.2. Аморфный углерод
1.4.3. Исследования поверхности углеродного конденсата с помощью 69 сканирующей зондовой микроскопии
1.4.4. Фрактальный анализ поверхности углеродного конденсата 78 Выводы к главе
Глава 2. Анализ влияния свойств углеродных сверхтвердых 82 покрытий на процесс сканирующей зондовой микроскопии их поверхности
2.1. Упругие взаимодействия. Задача Герца
2.2. Капиллярные силы
2.3. Сила Ван-дер-Ваальса
2.4. Адгезионные силы
2.5. Предельное разрешение в контактном режиме
2.6. Влияние коэффициента трения на сигнал обратной связи
2.7. Деформации микрозонда и исследуемого образца покрытия
2.8. Влияние упругих свойств поверхности углеродных покрытий на 115 процесс СЗМ в режимах прерывистого контакта и модуляции силы Выводы к главе
Глава 3. Результаты экспериментальных исследований
3.1. Сканирующий зондовый микроскоп Смена-А
3.2. Экспериментальная установка УВНИПА 1
3.3. Измерение толщины тонких пленок, получаемых вакуумно- 129 дуговым методом с использованием сканирующей зондовой и оптической микроскопии
3.4. Исследование топографии поверхности кремниевых подложек до и 133 после процесса ионного травления
3.5. Исследование микрорельефа переходного подслоя Ti
3.6. Динамика изменения микрорельефа углеродного конденсата в 140 * диапазоне толщин 10 нм - 10 мкм, полученного импульсным вакуумнодуговым методом
3.7. Влияние ионной бомбардировки на формирование микрорельефа 148 углеродного конденсата
3.8. Влияние искусственно созданного геометрического фактора на 150 подложке (выступа, впадины, ступени) на формирование микрорельефа углеродного конденсата
3.9. Влияние сепарации плазменного потока углерода на микрорельеф и 154 степень шероховатости углеродного конденсата
Выводы к главе
Глава 4. Начальная стадия формирования микрорельефа 159 поверхности углеродного конденсата по результатам сканирования в полуконтактном режиме с модуляцией колебаний кантилевера
Выводы к главе
Глава 5. Феноменологическая модель формирования рельефа поверхности углеродного конденсата в условиях ионной бомбардировки
5.1. Начальная стадия формирования фрактальных кластеров с 169 критическим размером на активных центрах
5.2. Укрупнение фрактальных кластеров, образование свободного 170 объема и уплотнение фрактальной структуры под действием сжимающих напряжений
5.3. Формирование поверхностного рельефа
Выводы к главе
Актуальность темы. Нанотехнология является одним из наиболее интенсивно развивающихся разделов науки, показательно, что Соединенные Штаты Америки значительно увеличили финансирование научных исследований в данном направлении, начиная с 2003 года. Одна из перспективных областей нанотехнологии - это нанесение тонких пленок в вакууме (нанослоев) и модифицирование поверхности пленок с использованием ионных пучков. Уже определены в основном возможные области применения нанослоев. Это защитные покрытия на различных видах деталей, покрытия с улучшенными трибологическими характеристиками, термобарьеры, диффузионные барьеры, биосовместимые покрытия, полупроводниковые датчики и т. д.
В последние годы во всем мире значительно вырос интерес к вакуумно-дуговым методам получения углеродных покрытий. Это подтверждается большим количеством научных исследований и публикаций, а также повышенным интересом к этой технологии отечественных и западных компаний. К примеру, сверхтонкие (порядка нескольких нанометров) и сверхтвердые пленки углерода, получаемые вакуумно-дуговым методом, предполагается использовать для защиты тонкого магнитного слоя жестких дисков компьютеров, толщина которого уменьшается по мере повышения емкости накопителей. Перспективной областью использования углеродных конденсатов является твердотельная электроника, а также защита голографического и дифракционного микрорельефа.
Исследования поверхности тонких слоев толщиной от долей нанометров до десятков микрон с использованием современных методов, таких как сканирующая зондовая микроскопия, требуют проведения большого объема исследовательских работ для получения достоверного результата применительно к углеродному конденсату.
В настоящее время известно, что при конденсации углеродной плазмы на поверхности покрытия образуются микровыступы (конусы, вискеры), механизм образования которых во многом неясен. В научной литературе нет данных об исследованиях рельефа поверхности углеродного покрытия в зависимости от энергии ионов, его толщины, а также о влиянии исходного профиля подложки на топографию формируемого на нем покрытия. Особый интерес представляет начальная стадия, формирования рельефа на поверхности. Кроме того, необходимы дополнительные исследования, направленные на определение методов воздействия на растущий конденсат с целью улучшения качества его поверхности.
Исследования процессов формирования рельефа поверхности углеродной пленки и, в конечном итоге, получение возможности управления ими, открывают новые области применения, в частности, при создании твердотельных электронных элементов нового типа: эмиттеров на основе углеродных пленок, а также в технологии изготовления микрозондов (кантилеверов), применяемых в сканирующей зондовой микроскопии.
Таким образом, тема исследований является актуальной как в научном плане, так и в ее прикладном аспекте.
Цель работы. Экспериментальное и аналитическое исследование закономерностей процесса формирования рельефа поверхности углеродных конденсатов, получаемых импульсным вакуумно-дуговым методом с использованием сканирующей зондовой микроскопии.
Научная новизна работы.
1. На основании анализа теоретических моделей взаимодействия микрозонда с поверхностью установлено, что микротвердость и модуль упругости углеродного конденсата могут приводить к деформации микрозонда и должны учитываться при обработке результатов.
2. Установлено, что образование нановыступов начинается при достижении толщины конденсата 80 - 100 нм.
3. На основании исследования динамики роста покрытий установлен немонотонный характер зависимости степени шероховатости от толщины, связанный с пороговым характером релаксации внутренних напряжений в покрытии, формируемом в термодинамически неравновесных условиях.
4. Установлено, что отношение между диаметром микровыступов и их высотой сохраняется примерно постоянным для различных их размеров по мере роста толщины углеродного покрытия.
5. Показано, что ионная бомбардировка и сепарация плазменного потока углерода от макрочастиц позволяют уменьшить степень шероховатости получаемых пленок.
6. Установлено, что использование полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера позволяет значительно повысить разрешающую способность метода и наблюдать границы между микрокластерами.
7. На основе анализа феноменологической модели формирования углеродного покрытия в условиях ионной бомбардировки показано, что внутренние напряжения в углеродном конденсате определяющим образом могут влиять на формирование микрорельефа поверхности покрытия.
Практическая ценность работы.
Результаты экспериментальных исследований, полученные в работе, расширяют представления о закономерностях формирования тонких пленок углерода в условиях ионной бомбардировки. Экспериментальные зависимости могут быть использованы в нанотехнологии для выбора толщины защитного покрытия ответственных деталей электронной техники, в частности, жестких магнитных дисков компьютеров, в технологии изготовления полевых эмиссионных дисплеев на основе углеродных пленок, а также при изготовлении микрозондов (кантилеверов), применяемых в сканирующей зондовой микроскопии.
Результаты работы могут быть использованы для совершенствования технологии нанесения защитных и функциональных тонких пленок углерода различного назначения в микроэлектронике, оптике, медицине.
На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:
1. Результаты теоретического анализа особенностей сканирующей зондовой микроскопии и возможных артефактов для сверхтвердого углеродного конденсата, полученные с использованием моделей взаимодействия микрозонда с поверхностью, и рекомендации по выбору режимов сканирования.
2. Результаты экспериментальных исследований рельефа поверхности углеродного конденсата в зависимости от его толщины, ионного облучения и предварительно сформированного микрорельефа с использованием контактного режима сканирования.
3. Результаты исследований начальной стадии формирования микрорельефа на поверхности углеродного конденсата с использованием полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера.
4. Феноменологическая модель формирования микрорельефа поверхности углеродного конденсата в условиях ионной бомбардировки.
Апробация результатов работы. Основные результаты работы были представлены на следующих научно-технических конференциях:
• IX Межгосударственной конференции «Радиационная повреждаемость и конструкционная способность материалов». - Белгород, 2001.
• 6 Международной конференции «Вакуумные технологии и оборудование». - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003.
• 15 Международном симпозиуме «Тонкие пленки в оптике и электронике». - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003.
• 14th European Conference on Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubues, Nitrides & Silicon Carbide, 7-12 Septembers 2003, Salzburg Congress Center, Salzburg, Austria.
• 9th International Conference on New Diamond Science and Technology, March 26 - 29, 2004, Waseda University International Conference Center Tokyo, Japan.
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в девяти статьях.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.
Выводы к главе 5
1. Причиной возникновения микровыступов на поверхности углеродного конденсата, формируемого в условиях ионной бомбардировки, может являться неоднородное электрическое поле, неоднородность свойств покрытия, макрочастицы (кластеры), генерируемые с поверхности катода, а также высокий уровень внутренних напряжений сжатия в покрытии.
2. Фрактальная поверхностная структура углеродного конденсата может влиять на циклический характер изменения микрорельефа на поверхности покрытия.
3. Ионная бомбардировка способствует образованию большого количества радиационных дефектов на поверхности подложки, которые являются активными центрами для гетерогенного перехода к конденсированной фазе с образованием устойчивых зародышей с минимальным размером.
4. Увеличение степени шероховатости поверхности углеродного покрытия по мере увеличения толщины покрытия связано с диссипацией избыточной поверхностной энергии более мелких кластеров (фрактальных агрегатов), в результате их объединения в более крупные кластер - кластерная агрегация).
179
Заключение
1. На основании анализа теоретических моделей взаимодействия микрозонда с поверхностью установлено, что микротвердость и модуль упругости углеродного конденсата могут приводить к деформации микрозонда и должны учитываться при обработке результатов. По результатам этих исследований разработаны рекомендации по выбору режимов сканирования сверхтвердого углеродного конденсата.
2. Установлено, что образование нановыступов начинается при достижении толщины конденсата 80 - 100 нм.
3. На основании исследований динамики роста покрытий установлен немонотонный характер зависимости степени шероховатости от толщины, связанный с пороговым характером релаксации внутренних напряжений в покрытии, формируемом в термодинамически неравновесных условиях.
4. Установлено, что отношение между диаметром микровыступов и их высотой сохраняется примерно постоянным для различных их размеров.
5. Показано, что ионная бомбардировка и сепарация плазменного потока углерода позволяют уменьшить степень шероховатости получаемых пленок.
6. Определено, что ионное травление ионами воздуха приводит к сглаживанию рельефа углеродного покрытия и уменьшению степени шероховатости в два раза.
7. Установлено, что использование полуконтактного режима сканирования с модуляцией колебаний кантилевера позволяет значительно повысить разрешающую способность метода и наблюдать границы между микрокластерами.
8. Показано, что при подаче ускоряющего потенциала на подложку происходит уменьшение размеров микрокластеров углерода от 300 до 100 нм.
9. По результатам исследований влияния искусственно созданного геометрического фактора на подложке (выступа, впадины, ступени) на формирование микрорельефа углеродного конденсата установлено, что профиль полученного углеродного покрытия повторяет профиль титанового конденсата с высокой степенью точности.
Ю.На основе анализа феноменологической модели формирования углеродного покрытия в условиях ионной бомбардировки показано, что внутренние напряжения в углеродном конденсате определяющим образом могут влиять на формирование микрорельефа поверхности покрытия.
1. Лифшиц В.Г. Поверхность твердого тела и поверхностные фазы // Соросовский образовательный журнал. 1995. — №1. - С.99-107.
2. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии: Пер. с англ. -М.: Мир, 1985.-496 с.
3. Бахтизин Р.З. Сканирующая туннельная микроскопия новый метод изучения поверхности твердых тел // Соросовский образовательный журнал. - 2000. - Т.6. - №11. С. 1-7.
4. Э.В. Мюллер, Т.Т. Цонг. Полевая ионная микроскопия, полевая ионизация и полевое испарение: Перевод с англ. М., 1980.
5. Рукман Г.И., Клименко И.С. Электронная микроскопия М.: Знание, 1968.
6. Смирнова А.В., Кокорин Г.А., Полонская С.М. Электронная микроскопия в металловедении (справ, изд.) М.: Металлургия, 1985. - 192с.
7. Еловиков С.С. Оже-электронная спектроскопия // Соросовский образовательный Журнал. 2001. - Т.7. - №2. - С.82 - 88.
8. Биннинг Г., Рорер Г. Сканирующая туннельная микроскопия от рождения к юности // УФН. - Т. 154. - Вып.2. - С.261-278.
9. G. Binnig, Н. Rohrer. Scanning tunneling microscopy // Helv. Phys. Acta. -1982. V. 55. - № 6. - P. 726 - 735.
10. G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, E. Weibel. Tunneling through a controllable vacuum gap // Appl. Phys. Lett. 1982. - V. 40. - P. 178.
11. G. Binnig H. Rohrer. Scanning tunneling microscopy // IBM Journal of Research Development. 1986. - V. 30. - N.4.
12. U.R.D. Young. II Rev. Sci. Instrum. 37, 275 (1966).
13. Неволин В.К. Физические основы туннельно-зондовой нанотехнологии // Учебное пособие. М: МИЭТ, 1996. - 91с.
14. Неволин В.К, Коньков A.C. «Растровый туннельный микроскоп» // A.C. № 1471232 с приоритетом от 14 июля 1987.
15. Быков В.А. Приборы и методы сканирующей зондовой микроскопии для исследования и модификации поверхностей // Дисс. докт. техн. наук. М. -2000.
16. И.БарашЮ.С. Силы Ван-дер-Ваальса. M.: Наука, 1988. - 344 с.
17. Рехвиашвили С.Ш. Современные методы сканирующей зондовой микроскопии и спектроскопии // Приборы и техника эксперимента. -2002. №5. - С. 149-152.
18. Бухараев A.A., Овчинников Д.В., Бухараева A.A. Диагностика поверхности с помощью сканирующей силовой микроскопии (обзор) // Заводская лаборатория. 1996. - №5. - С. 10-26.
19. Рыков С.А. Сканирующая зондовая микроскопия полупроводниковых материалов и наноструктур. С. -Петербург: Наука. - 2001. - 52с.
20. Миронов B.JI. Основы сканирующей зондовой микроскопии (Учебное пособие для студентов высших учебных заведений). Институт физики микроструктур РАН. - Нижний Новгород, 2004. - 114с.
21. Рубин А.Б. Биофизика: Теоретическая биофизика. М.: Книжный дом Университет, 1999. - 448с.
22. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир,1979. - 568с.
23. Сивухин Д.В. Курс общей физики: Термодинамика и молекулярная физика. -М.: Наука, 1983.-551с.
24. Сивухин Д.В. Курс общей физики: Электричество. М.: Наука, 1983. -687с.
25. О. Teschke, M.U. Kleinke, M.E.R. Dotto et al, Magnetic force images of nanomagnetic domains taken with platinum-coated tips // J. Appl. Phys. 2003.- V. 94. Issue 1. - P.626 - 633.
26. P.F. Hopkins, J. Moreland, S.S. Malhotra et al. Superparamagnetic magnetic force microscopy tips. // J. Appl. Phys. 1996. - V. 79. - Issue 8. - P. 6448 -6450.
27. H.J. Mamin, D. Rugar, P. Gruetter et al, Bull. II Am. Phys. Soc. 35, 420 (1990).
28. P. Grutter, D. Rugar, H.J. Mamin et al, Batch fabricated sensors for magnetic force microscopy // Appl. Phys. Lett. 1990. - V.57. - Issue 17. - P. 1820 -1823.
29. ЪЪ.Фейнман P., Лейтон P., Сэндс M. Фейнмановские лекции по физике:
30. Физика сплошных сред. М.: Мир, 1977. - 300с. Ъб.Зимон А. Д. Адгезия жидкости и смачивание. - М.: Химия, 1974. - 416с. 37.Handbook of Micro/Nanotribology / Ed. by Bhushan Bharat. - 2d ed. - Boca
31. Raton etc.: CRC press, 1999. 859 c. ЪЪ.Фейнман P., Лейтон P., Сэндс M. Фейнмановские лекции по физике, 7часть. М.: МИР, 1966. - 292с. Ъ9.Горшков А.Г., Трошин В.Н., Шалашилин В.И. Сопротивление материалов.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 544 с.
32. Феодосъев В.И. Сопротивление материалов. М.: МГТУ, 2000 - 392с.
33. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теория упругости. М.: Наука, 1987. - 246с.
34. Derjaguin B.V., Muller V.M., Toropov Yu.P., J. Colloid. Interface Sei. 53, 314 (1975).
35. Дерягин Б.В., Чураев Н.В., Муллер В.М. Поверхностные силы. М.: Наука, 1985.
36. Дэюонсон K.JI. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир, 1987.
37. MaugisD.J., J. Colloid. Interface Sei. 150, 243 (1992).
38. П.А. Арутюнов, A.JI. Толстихина, В.И. Демидов. Система параметров для анализа шероховатости и микрорельефа поверхности материалов в сканирующей зондовой микроскопии // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. №9. - Т.65. - С. 27-37.
39. П.А. Арутюнов, A.JI. Толстихина. Атомно-силовая микроскопия в задачах проектирования приборов микро- и наноэлектроники. Часть 1. // Микроэлектроника. 1999. - Т.28. - № 6. - С. 405-414.
40. Mandelbrot B.B. The Fractal Geometry of Nature. San Francisco: Freeman, 1982.
41. Федер E. Фракталы. M.: Мир, 1991. - 254 с.
42. Смирнов Б.М. Физика фрактальных кластеров. М.: Наука, 1991. - 136 с.
43. Морозов АД. Введение в теорию фракталов. Учебное пособие. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского университета, 1999. - 140с.
44. ЫЖиков В.В. Фракталы // Соросовский образовательный журнал. 1996. -№12.-С. 109-117.53 .И.В. Золотухин. Фракталы в физике твердого тела // Соросовский образовательный журнал. 1998. - №7. - С. 108-113.
45. Олемский А.И., Флат А.Я. Использование концепции фрактала в физике конденсированной среды // УФН. Т. 163. -№12. - С. 1-50.
46. Fractals in Physics // Ed. by L. Pietronero, E. Tosatti. Amsterdam.: North Holland., 1986. (Фракталы в физике // Пер. с англ. - М.: Мир, 1988).
47. Б.М. Смирнов. Кластеры с плотной упаковкой и заполненными оболочками // Успехи физических наук. 1993. - Т. 163. - № 10. - С.29-56185 v
48. Б.М. Смирнов. Кластерная плазма // Успехи физических наук. 2000. -Т.170. -№ 5. -С.495-534.
49. Б.М. Смирнов. Плавление кластеров с парным взаимодействием атомов // Успехи физических наук. 1994. - Т. 164. - № 11. - С. 1170-1200.
50. Б.М. Смирнов. Процессы в плазме и газах с участием кластеров // Успехи физических наук. 1997. - Т.167. - № 3. - С. 289-1185.
51. Б.М. Смирнов. Генерация кластерных пучков. // Успехи физических наук, 2003. Т.173. - № 6. - С. 609-646.
52. N. Almqvist. Fractal analysis of scanning probe microscopy images // Surface Science 355 (1996) 221-228.
53. Михайлов Е.Ф., Власенко C.C. Образование фрактальных структур в газовой фазе // Успехи физических наук. 1995. - Т.165. - № 3. - С.263-283.
54. A. Mannelqvist, N. Almqvist, S. Fredriksson. Influence of tip geometry on fractal analysis of atomic force microscopy images// Appl. Phys. A 66, S891-S895 (1998).
55. Renato В., Boragno C., Biscarini F., Buatier de Mongeot F., Valbusa U. The contact mechanics of fractal surfaces // Nature, march. 2003. - P. 1-4.61 .Федосеев Д.В., Новиков H.B., Вишневский А.С. Алмаз. Справочник. -Киев.: Наукова думка, 1981. 78 с.
56. Золотухин КВ. Фуллерит новая форма углерода // Соросовский образовательный журнал. - 1996. - №2.
57. Елецкий А.В., Смирнов Б.М. Фуллерены и структура углерода // УФН. -1995.- №9.
58. Ю.Золотухин И.В. Углеродные нанотрубки // Соросовский образовательный журнал. 1999.-№3.-С.111-115.
59. Х.Нагорный В.Г., Котоносов А.С., Островский B.C. Свойства конструкционных материалов на основе углерода. Справочник. М.: Металлургия, 1975. - 335 с.
60. Pirio G, Legagneux Р, Pribat D, Тео К В К, Chhowalla М, Amaratunga G A J and Milne W I. Fabrication and electrical characteristics of carbon nanotube field emission microcathodes with an integrated gate electrode // Nanotechnology 13 (2002) 1-4.
61. B.K. Белый, В.П. Варнин, С.А. Гаврилов, Э.А. Ильичев, Э.А. Полторацкий, Г.С. Рычков, ИГ. Теремецкая. Использование тонких алмазных пленок для формирования интегральных схем. // Письма в ЖТФ. 2003. - Т.29. -Вып. 9. - С. 64-68.
62. Mihalcea C., Scholz W., Malave A., Albert D., Kulisch W., Oesterschulze E. Fabrication of monolithic diamond probes for scanning probe microscopy applications. // Appl. Phys. A 66, S87-S90 (1998)
63. Niedermann Ph., Hànni W., Morel D., Perret A., Skinner N., Indermtihle P.-F., N.-F. de Rooij, Buffat P.-A. CVD diamond probes for nanotechnology // Appl. Phys. A 66, S31-S34 (1998).
64. Warren B.E. X-ray diffraction study of carbon black // J.Chem. Phys. 1934. -V.2 - No 9. - P.551-555.
65. Олевский С.С., Толстихина А.Л., Сергеев М.С. и др. Особенности структуры и химического состава алмазоподобных пленок // Поверхность. 1982.-№7.-С. 118-125.
66. E.I. Tochitsky, A.V. Stanishevskii, I.A.Kapustin е.а. Structure and properties of carbon films prepared by pulsed vacuum arc depisition // Surface and Coatings Technology, 47 (1991) 292 298.
67. К К Akulich, N.M. Chekan, E.I. Tochitcky Intrinsic Stresses Dynamics in Diamond-Like Carbon Films Growing from Pulsed Arc Plasma Flows // Journal of Chemical Vapor Deposition. 1995. - Vol.3. - P. 324-331.
68. Grossman E., Lempert G.D., J. Kulik, D. Marion, J. W. Rabalais, Lifshitz Y. Role of ion energy in determination of the sp3 fraction of ion beam deposited carbon films II Appl.Phys.Lett. 68 (9), 1996, p.1214-1216.
69. Lifshitz Y. Diamond-like present status, // Diamond and Related Materials 8 (1999) 1659-1676.
70. Buzio R., Gnecco Е., Boragno С., Valbusa U., Piseri P.,Barborini E., Milani P. Self-affme properties of claster-assembled carbon thin films // Surface Science 444 (2004) L1-L6.
71. Иванов-Омский В.И., Лодыгин А.Б., Ястребов С.Г. Сканирующая туннельная микроскопия и спектроскопия аморфного углерода // Физика и техника полупроводников. 2000. - Т.34. - Вып.12. - С.1409-1416.
72. В. Marchon, М. Salmeron, W. Siekhaus. Observation of graphitic and amorphous structures on the surface of hard carbon films by scanning tunneling microscopy // Phys. Rev. B, 39 (17), 12907 (1989).
73. N.H. Cho, D.K Veirs, J.W. Ager III, M.D. Rubin, C.B. Hopper, D.В. Bogy. Effects of substrate temperature on chemical structure of amorphous carbon films // J. Appl. Phys., 71 (5), 2243 (1992).
74. V.L. Arbuzov, V.B. Vykhodets, I.Sh. Trakhtenberg, A.E. Davletshin, O.M. Bakunin, S.A. Plotnikov, J.H. Lee, S.J. Kim, B.S. Chung. II J. de Psusique IV, 6 (5), 185 (1996).
75. A.A: Gorbunov, S.M. Pimenov, A.A. Smolin, H.-J. Schiebe, D. Drescher. II Phys. St. Sol. (a), 145, 393 (1994).
76. T.W. Mercer, N.J. DiNardo, J.P. Sullivan, J.P. Friedmann, M.P. Siegal, L.J. Martinez-Miranda. Diamond for Electronic Applications, ed. by D.L. Dreifus (1995) p. 175.
77. Золотухин ИВ., Соколов Ю.В., Иевлев В.П. Структура, внутреннее трение и модуль упругости фрактального углеродного депозита // Физика твердого тела. 1998. - Т.40. - №3. - С.584-586.
78. Соколов Ю.В., Железный B.C. Фрактальная структура углеродного депозита, получаемого при распылении графита в электрической дуге // Письма в ЖТФ. Т.29. - Вып.8. - С.91-94.
79. Соколов Ю.В., Железный B.C. Получение, структура и некоторые физические свойства углеродного депозита и хрома, имеющих фрактальное строение // Письма в ЖТФ. 2003. - Т.29. - Вып.15. - С.24-28.
80. Bogana М., Donadío D., Benedek G., Colombo L. Simulation of atomic force microscopy of fractal nanostructured carbon films // Europhys. Lett., 54 (1), p.72-76 (2001).
81. Ландау Л.Д. Квантовая механика: Нерелятивистская теория. М.: Наука, 1989.-767 с.
82. Галлямов И.О. Сканирующая зондовая микроскопия нуклеиновых кислот и тонких органических пленок // Дисс. канд. физ.-мат. наук М., 2000.-228с.
83. Маслов А.И., Дмитриев Г.К., Чистяков Ю.Д. Импульсный источник углеродной плазмы для технологических целей. // Приборы и техника эксперимента. 1985. -N3. - С. 146-149.
84. Inkin V.N., Kolpakov A.Y., Oukhanov S.I., Barbakov V.I., Galkina M.E., Goncharov I.U. Change of internal stress of carbon superhard condensates at a process of annealing // Diamond and Related Materials. 2004. - Vol. 13. - P. 1474 - 1479.
85. D. Drescher, J. Koskinen , H.-J. Scheibe, A. Mensch. A model for particle growth in arc deposited armophous carbon films. // Diamond and Related Materials 7 (1998) 1375-1380.
86. Magonov S.N., Elings V. and Whangbo M.-H., Phase imaging and stiffness in tapping-mode atomic force microscopy. // Surf. Sci. Lett. 375 (1997) L385.
87. Ahn H.-S., Chizhik S.A., Dubravin A.M., Kazachenko V. P. and Popov V. V. On the use of phase image of atomic force microscopy for the characterization of the tribolayer on a DLC film. // Tribology Letters. 2000.
88. David T. Britton, Margit Harting. The influence of strain on point defect dynamic // Advanced engineering materials . 2002. - V.4. - No. 8.
89. Eshelby J. D;, J. Appl. Phys., 25, 255, (1954)
90. Eshelby J. D., Solid State Phys., 3, 107, (1956)
91. Кассандрова O.H., Лебедев B.B. Обработка результатов наблюдений -М.: Наука, 1970.192
