Исследование ориентационных изменений в кристаллах, растущих в аморфных пленках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Г П - ■

1 " МИНИСТЕРСТВО ШСШКГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО

' ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР УРАЛЬСКИЙ ОРДН1А ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫ;! УНИВЕРСИТЕТ им.А.Ы.Говького

Та правах рукописи

ДЙШН АЛЕКСАНДР ВИТАЛЬЕВИЧ

уда 539.25

ИССЛЕДОВАНИЕ ОРИЕНТАЦИОННЦХ ИЗМЕНЕНИИ В КРИСТАЛЛАХ, РАСЩИХ В ЖОШШ ПЛЕНКАХ

01.04.07 - физика твердого тела

Автореферат диссертации на соискание ученой отепени кандидата физико-математических наук

Свердловск - 1990

Работа-выполнена в Свердловском институте народного хозяйства на кафедре физики.

Научный руководитель - кандидат физико-матоматичэскюс

наук, дсцегее И.Е.Болотов

Официальные оппоненты - доктор физико-математических

Ведущее предприятие - Уральский Ордена Трудового

на заседании специализированного совета К 063.78.04 по прису; денлэ ученой степени кандидата физико-математических наук в Уральском ордена Трудового Красного Знамени угашврсихете гол. Л.М.Горького (620083, Свердловск, пр.Ленина,51,компота 248),

О диссертацией могло 'ознакомиться е библиотеке Уральска университета.

наук О.Д.Сааков; я авдядат физико-математических наук, доцент А.Ф.Гараоимов

Красного Знамени политехнически - институт юл. С.М,Кирова ( кафед физики)

часов

Учэнн!! со^т^эта'сь спв1Ггз."л:злрсванкого Соната

О Гг. кнук 1 /Г\' '■}

'А.

0Ш1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

"! /

,Iщ>йДдец|)д, Особенностью роста кристаллов в ¿ыоррых пленках является закономерно прогрессирующий в процесса сложней трехосевой (две взанг.гно перпендикулярные оси лежат з плоскости пленки, а третья перпендикулярна ей) изгиб кристаллической решетки. Природа этого изгиба интересна потому, что-он эбуслошшвает кристаллизацию пленок б виде особых дефектных кристаллов-сферолитов. Интерес к закономерному искривлению решетки в процессе развития кристаллов вызван также тем, что оно наблюдается не только в сферолитах и не только в пленках. Гем не менее отсутствует сколько-нибудь универсальный механизм роста кристаллов с изогнутой решеткой как в пленках, так ц в других случаях.

В последнее время для тонкопленочных кристаллов селена и теллура предложен механизм трехосевого изгиба решетки, основанный на действии сил поверхностного натяжения на основных поверхностных гранях этих кристаллов. Представляет интерес рассмотреть действие данного механизма в сильно анизотропных кристаллах иных веществ с более сложной структурой.

Образование кристаллов изменяет структурно-чувствительные свойства пленок. Ввиду широкого применения пленок в технике это обусловливает практическое значение исследования их кристаллизации.

Изучение кристаллов в тонких пленках имеет существенное методическое преимущество, заключающееся в том, что возможно -с помощью просвечивающей электронной микроскопии - исследование их структуры в процессе роста с высоким разрешением.

Изучение азимутального (в плоскости пленки) изгиба кристаллической решетки имеет решающее значение для понимания закономерностей формирования текстуры сферолитов в пленках. В то же время исследования этого изгиба требуют развития, так как» во-первых, ранее изучалось влияние лишь некоторых факторов на . изгиб решетки; во-вторых, исследования ограничивались двумя ■ веществами - селеном и теллуром. Между тем известно, что азиму-тально искривленные формы наблюдаются также при кристаллизации аморфных пленок других веществ. Важнейший же вопрос о природе азимутального искривления решетки кристаллов различных веществ остается открытым.

Ледь^ изучение ка носом классе веществ

искажений решетки на начальных стадиях сферолит'ного роста и уяснение на основе полеченных и ранее известных даяшх механизма с£ероллтной кристаллизации.

работы била просвечивающая электронная микроскопия с использованием методов кзкродкфргкции и изгибных экстинкцконнкх контуров. Применялись такав оптическая микроскопия и мжроинтерферокетрия.

I. Исследованы зоконокерности изменения ор'.'енткровок раетуепх в аморфных пленках кристаллов селенлдов таллия и ккдяя (Т£8е , тедлурпда сурьмы (З&Тв ). Прзд- ■

ложека новая методика определения ориентации реаеткя тонкопленочного кристалла относительно поверхности пленки, упрощающая расчет ориентации по сложным глжроэлектронограмшм, характеризующимся набором ориентировок.

2. В аморфных пленках переменного состава теллур-сурка (Те. -5Ь) обнаружен рост безблочкых кристаллов с решеткой, закономерно изогнутой вокруг двух расположенных в плоскости пленки взаимно перпендикулярных осей.

3,- В аморфных пленках переканн ого состава таллий-селен (Т£. -Вв. ) обнаружен азимутальный изгиб безблочкых кристаллов T6.Se . прогрессирующий в процессе роста, причем наблюдаются кристаллы двух типов - с одним или разным знаком кривизны на' противоположных концах ("С"- и "Б'-образние соответственно).

Исследован азимутальный изгиб кристаллов Т£2е иЗп^Бб . Установлены и подробно изучены факторы, влияющие на его величину: а) толщина пленок ц кристаллов; б) состав пленок; в) материал подложки.

■ 4. Обнаружено, что репегка азимутально искривленных кристаллов -Т^Зг. изогнута вокруг их большой и малой осей. Установ- • лено, что помимо изгиба иыеет место закручивание решетки вокруг болыдой оси: геликоидальное в случаях "5"~образных кристаллов и антигеликоидальное - "0"-образных.

Обнаружено закручивание решетки вокруг малой оси азимутально изогнутых кристаллов Зп^Зе.

5. На примере! 6. Б е. и показана универсальность пред-

ложенного для Вв. механизма азимутального изгиба тонкопленочных кристаллов, основанного на действии сил поверхностного натяжения на основных поверхностных гранях этих .кристаллов. Тем самым

обосновывается концепция о решающей род; поверхностных натяжений в механизме фп;,ч:рова:гля текстуры тонколленочных сферслктов.

Для количественного обоснования этого механизма проведена оценка величины поверхностного натяжения различных гранен кристаллов Т£-5а > Остановлено, что поверхностное натяжение этих кристаллов сильно анизотропно и достаточно для их изгиба.

ёэ^йРгда&^ЗР»^0^ Научное значение работа

заключается в том, что показана универсальность механизма образования сферолктоз и а.'лопфних пленках, основанного на действии сил поверхностного натякекип на основних поверхностных гранях кристаллов. Предложенную в работе методику определения ориентации решетки целесообразно использовать в дополнение к методом анализа картин изгибных окстинкциснных конт.уров и кикроднфракции. '

Представлтат интерес для практики - с точки зрения использования структурно-чувствительных свойств - данные о' структуре пленок алюминк^-теллур (А£-Те), алкмкний-гергланкй (А£.-£& ), • Те-8Ьи фазовых превраценпй в них, а тагсхе структуре растущих в аморфных пленках Те-ЗВ , Зп- 5£, 5е кристаллов Те, ЗВ ,

Уп^е-Т^Зе.

Апро^ацид ра^о^ы,. По результатам работы сделано пять докладов на Всесоюзных конференциях: Всесоюзной Федоровскок сессии Ленинград, гай, 1386); У Всесоюзной конференции 'Текстуры и рекристаллизация в металлах л сплавах"£ Уфа, сентябрь, 138^; ХШ Всесоюзной конференции по электронной микроскопии^ С.уш, октябрь, 198^; Научно-практическом семинаре "Актуальные задачи научно-технического прогресса"^Свердловск, октябрь, 198^; У1 Всесоюзной конференции "Проблемы исследования структуры аморфных металлических сплавов"^ Москва, март, 198^.

Основные результаты диссертации опубликованы в Ю печатных работах, перечень которых приведен в конце автореферата.

Ёгду&тдаа. а. &бь.ед даДо^ы,, Диссертация состоит из введения, нести глав, общих выводов по работе и описка цитируемой литературы 13 161 наименования. Материал изложен на 171 страницах, таблиц -[4, иллюстраций - 61« . .

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Йо^щедРНИй показана актуальность изучения сферолитного роста в аморфных пленках, в особенности на начальных стадиях сферолитообразования.

М иРВРИанализируются литературные дачные о закономерностях развития морфологии и текстуры сферолитов (тонкспленочных и объемных) и изгиба решетки несферолиишх кристаллов на всех стадиях их роста. Рассматриваются существующие представления о причинах и механизмах искривления решетки при росте кристаллов. Заключает главу постановка задачи работа.

Из литературных данных следует, что отсутствуют достаточно разработанные и обоснованные представления о причинах роста кристаллов с изогнутой решеткой (в частности, сферолитов) как в аморфных пленках, так и в других случаях. Имеющиеся на этот счет сведения можно рассматривать только как предположительные, относящиеся к какому-либо одному объекту, интересующему исследователя.

Особый интерес для понимания причин роста кристаллов в аморфных пленках в виде сферолитов представляют исследования азимутального изгиба безблочного, без- или малодослокационного кристалла (на начальной стадии роста сферолита) и азимутального изгиба отдельного волокна (блока) в сноповидном кристалле (на промежуточной стадии развития сферолита), так как здесь молхно изучить в наиболее' чистом виде искривление решетки, ведущее к формированию текстуры сферолита. Однако исследования азимутального изгиба весьма неполны, так как, во-первых, изучались лишь кристаллы 5в. и Те; во-вторых, изгиб не исследовался локально по всему кристаллу; в-третьих, не рассматривалась его зависимость от многих возможных факторов (изучалось в основном влияние температуры).

Кроме азимутального, для сферолптного роста в пленках характерен двухосевой (вокруг двух прямых в плоскости пленки) изгиб решетки. Он исследован также неполно, как и азимутальный.

Анализ литературных данных привел к следующим целям работы:

I. Экспериментально исследовать изгиб решетки в процессе рост сферолитов на начальной и промежуточной стадиях развития, выбрав в качестве объекта изучения кристаллы, образующиеся в пленках бинарного состава. В эксперименте максимально полно рассмотреть влияние различных факторов роста на изгиб решетки.

2. Па основании полученных данних к с .учетом известных ранее для кристаллов 8:2 ■ Те .уяснить причины закономерного искажения реаотки, вследствие которого из монокристалла в ддеяко развивается сферолит. Проверить, в частности, для различных вецзстп возотнность азимутального искривления решетки под действием сил поверхностного нэтяодтя, наблюдавшуюся для кристаллов Бе. 11 Те.

Во^входо^ ffJs.cs. обосновывается выбор веществ и описывается метода:« исследовании.

И работе изучался ряд бинарных пленок переменного состава: .- В. /тВ-Те , относительно которых

известно (Зп-Бе. Т6~$е) шк кожио было ожидать (Те—¿Ь , А8~Те, /\C~Ge );что они кристалллзунтся в виде ейеролитов. Рассматриваются данные о структуре нееледоданных кристаллов.

•Тлеккл получались терютееккм испарением веществ в вакууме ( 1,3«ИГ3 Па) с последующей конденсацией на слюду пли углерод, предварительно осазденшй в вакууме на слюдяную подложку. Толщина пленок варьировалась от 20 до 300 нм. Существенно менялась также геометрия их получения. Кристаллизовались пленки самопроизвольно (при комнатной температуре), отжигом на воздухе и облучением электронам: в электронном микроскопе.

Кристалл;-! исследовались методами оптической и электронной микроскопии. В оптических наблюдениях применялись поляризаторы и светофильтры. Использовались микроскопы "ЛГЛУ-3", микроинтерфероиетр ".МКИ-4". Основные данные получены на просвечивающем электронном микроскопе "Тёз^О 85 613". Оригинальной особенностью электроныомикроскопических исследований явилось применение предложенного в работе метода определения ориентировок по сложным электрснограммам.

Д датьеЦ сдада рассматривается эта методика. *

Суть ее состоит в том, чтобы наклоном (который удобно произвести с помощью гониометра) кристалла по отношению к электронному-лучу микроскопа получить простейшую (с одной ориентировкой) электронограмму, рассчитать эту ориентировку, а затем найти исходную по углам поворота (наклона) кристалла в гониометре. В работе получены соотношения, решающие данную задачу.

Преимущество предлагаемой методики заключается в упрощении и ускорении расчета сложных (с набором ориентировок) электронограм:.

В зедвррярд ЮВЗД. излагаются результаты изучения морфологии и изгиба ретатки кристаллов

Данные по морфологии позволили установить условия роста кристаллов с ¡изогнутой решеткой (температура - от 2'-' до КО°С, соответствующие скорости развития - от 0,3.Ю-0 до 5 »,яш/сек; ссотав - лкбо*, при котором наблюдалось образование ТС8е ).

Обнаружено, что решетка кристаллов, растугш пуп отякго, изогнута вокруг двух осе;':, расвснюлспнпх з плогксогз пленки (изгиб вокруг третьей оси - азимутольннн - по наблюдался ввиду мало!! нераькооснсстп кристаллов). Устонсглвкн ¿скт и закономерности гякявяя тгкператури и состава ни £ор?.'у и величину искривления решетки о тих объектов.

Основные данные по изгибу относится к кристаллам, растуил: самопроизвольно (при кокватной температуре- ромбовидным и азпмутально изогнутым.

.'•¿:крспптсрферсметр::чсст".п определялся прогиб ромСовхдных кристаллов с целы: внделения прогиба в о Сто:,; искривлении решетки. Вилсннлось, что изменение ориентации ресеткп составляет вдоль болкаой ос:: в среднем 4 град/150 шел, что каого коньке совокупного искривления.

Картины изгибных вкокшкцаогаш контуров показывает, одно-ссевоэ (для 14% объектов) пли слонное двухосевое искривление решетки ромбовидных кристаллов.

Согласно шкродо.~ракции ориенгадоя реыетки изменяется вдоль обеих диагоналей ромба (причем проекция направления [С01] на пленку остается примерно параллельной глалой сои): вдоль больной диагонали от центра к края:.; угол направления [рИД с пленкой увеличивается в среднем (по 17 кристаллам) на 7 град, а вдоль :.;алои изменение ориентировки составляет 2*3 град. В целом данные г.дпфодпрракцип так ке, как картвнк контуров, свидетельствует о двухосезо:,' изгибе реиэтзеп ромбовидных кристаллов Обнаружено, что ромбовидное кристаллы азикутально изгибаются в процессе роста ("С"- или "-образно).

-'-арактерноЁ особенностью контурных картин "С"-образных кристаллов является веерообразное расположение контуров, иллюстрирующее двухосевое искривление решетки. Схема изгиба решетки """-образных кристаллов Т£-Бе показана на рис.1.

Согласно изгиб реаетки эокруг большей оси

жк: кристаллов са::оз, что угелгкизпстся угол направления [00 : пл»ш:о.1 ядодь шло:: со:: о: г^сгяя.ус'ой к скатой гран/гл (для ¡.септи хсрястаддов в средне:: на 12 тгад). Крокз того, установлено, ко изгиб хс^етхл "С'-сСрйзних кристаллов зокруг больно": оси азрзетеркзуется .увеличением от центра к ярояы кристалла угла ткравхенкл [00X1 с «лснксМ (для диада?!: дзух кристаллов в сред-5ем на 21 град), то ость происходят зитигелккоздзльиое закручивание решетки.

Рис.1. Схс:.-д :;скр1!г.лсн:ш реп:ет:с: "О-образних кристаллов ТЕ. Бе

Установлены факторы, влияющие на величину азимутального изгиба: а) толщина пленок :: кристаллов -- с уменьшением тзлцини изгиб увеличивается (в пленках толциной 70 нм сл составляет в средне:,7 31 град, а в пленках толщиной 35 км - 50 град); б) состав пленок - с увеличением содержания бе в пленках изгиб увелич!:вается.

"¿"-образный азимутальный изгиб в процессе роста кристаллов ГС-Бе наблюдается значительно рсэ?о, чем "С"-образный. Решетка '^"-образных кристаллов так хе, как ¡1 "С"-образных, изогнута вокруг двух осей, леьацпх в плоскости пленки. Однако изгиб вокруг большой оси отличается от наблюдаемого в "С"-образнпх тем, что вдоль этой оси от центра к одному краю кристалла угол направления [001] с пленкой не увеличивается, а уменьшается, так что происходит геликоидальное закручивание релетки (средние углы направления 1001] с пленкой - в центре 47 град, на краях - 37 и 62Град)

В совокупности решетка азинутально изогнутых кристаллов Т«е искривлена вокруг трех (третья ось п^енднкулярна пленке) осей.

В пятой главе излагается результаты изучения возможности роста сферолктов в пленках А1 -Те, АЕ.-(Зе , Те-28 , изгиба решетки образующихся в них кристаллов и сферолнтов Зп^е на промежуточной стадии развития.

Установлено, что пленки переменного состава А£-Те не являются аморфными ни при каком состава и услоник получения. Планки АВ.~0е при высоком содержании Ое. к примерно равно;: концентрации компонент могут получаться аворфшл«.Они кристаллизуются в мелкодисперсном виде.

Обнаружено, что при примерно равном содержании и одновременном осазденш: компонент пленки Те-Б'б .'сляются аморфными. В лих самопроизвольно растут кристалли То, и &ЬТе . Кристаллы Те тшдасперсин, кристаллы уае цри рагмерах 1*2 г.;км блоч-ны и текстурозанны, и при последующем росте развиваются з сфсро-литы, что подтверждает закономерность кристаллизации аморфных пленок ь виде соэролктов.

Изгиб решетки овальных безблочных кристаллов 5Ые изучался по картине экстинкцконных контуров путем сравнения рассчитанной в работе картины с наблюдаемой. Установлено, что решетка отих кристаллсз изогнута вокруг их большой и малой осей, причем радиусы искривления периодически меняют знак вдоль большой оси и в каздой точке кристалла радиус изгиба вокруг этой оси отличен от радиуса искривления вокруг малой.

Изучен азимутальный изгиб сноповидных. ("С" и '^''-образных кристаллов йп^ёе в зависимости от условий роста. Обнаружено, что температура не влияет на величину азимутального изгиба. Состав же, напротив, влияет: при увеличении содержания- Бе -в пленках Зл-Бе этот изгиб увеличивается. На него влияет также подло;кка: кристаллы, растущие на углероде, изогнуты больше, чем на сладе.

Установлено, что при уменьшении толщин пленок и кристаллов азимутальный изгиб увеличивается (при толлинах 20*100 нм все кристаллы Зп^Йе азшутально искривлены, а при толщине 300 нм -от общего числа).

Микродифракциошо изучался изгиб решетки вокруг осей, расположенных в плоскости пленки. Обнаружено закручивание решетки "Сообразных кристаллов Зп^Бевокруг короткой оси, причем угол направления [100] о пленкой увеличивается от растянутой к скагой граням. ■ •

В авйтйй^дзав^ обсуздаэтся результаты работы. О "исрсом ззделе конструируется роэмолные механизмы озгедтальиох'о изгиба сшсоялзпочных кристаллов, исходя .13 дзлеккя их на две группы: ) механизмы, основанные на деКствкк шешшх напряжении; ) механизм!, обусловленные внутреивжл вапряхснляка.

¿3 группе механчзыов виел.них наиряквакй анализируются: ) основанные на дезноизп .удельных объемов аморфной и образуь-зйся из нее кристаллической (¿азы; б) доэваниые ^азнистьы гзше-задрнкх коо&ацсеигов объемных изменений кристалла и аморфной лтрицы; в) связаннее с наличием границы кристалла.

Рассмотрение с учетом экспериментальных данных приводят к включению, что ни внешние (пункты а),б)), ни внутренние напря-гния (обусловленные вакансиями и дислокациями) не объясняет зимуталт-ный изгиб исследовавшихся в работе кристаллов Т£-Зе , 'П^е-

Зо втором разделе обс.укдается возможность азимутального . згиба кристаллов 12--Се , Зл^Бе под действием поверхностных сил.

для понимания природы азимутального изгиба основное значе-ле имеет тот экспериментальный результат, что степень этого згиба увеличивается с уменьшением толсины пленок и растущих в их кристаллов. Это позволяет предположить, что механизм азиму-зльного изгиба мокет быть обусловлен действием сил позерхкост-зго натяжения на основных поверхностных гранях топкопленочного ристалла.

Благодаря закономерному изгибу решетки вокруг большой оси азные части поверхности приобретают разную ориентировку, и'если, ззличие поверхностных нагянений при этих ориентировках доста- ■ зчно велико, возникает изгиб кристалла, как это иллюстрируется .

сщ.гаг.л па рис.3. - • __

Такая модель впервые предложена для кристаллов йе. и I Для того чтобы проверить справедливость стой модели, необ-)димо, во-первых, оценить величину поверхностных напряжений. (их )Статочность для изгиба наблюдаемых кристаллов); во-вторых, ?оверить, совпадает ли знак изгиба, который должен вызываться ¡пряжениями, обусловленным! ориентировкаш, возникающими в металлах, с тем знаком, который наблюдается на опыте; необхо-шо также объяснить зависимость азимутального изгиба кристаллов' 'Ье , Дп^Бе от условий роста.

Рас.2. поверхностного Рио.З. Схема поверхностного

натя;;еннл на сановных натяжения на основных

гранях "С"-сбпазннх гранях "5"-образных

г 'С: ^ г1

кристаллов: О0<^ О./ кристаллов: о^

Для истолкования знака изгиба слезет учесть, что химические связи в кристаллах , Оп^Йе весьма анизотропны, и на оаато]; часта: угол направления сильно;: связи с основной поверхностной гранью кристалла больше, чем на растянутой - следовательно, здесь шхие и поверхностное натяпение, и модель, очевидно, даст правильный знак изгиба.

Данные по • ориентировкам "3"-.образных кристаллов Tp.Se , не позволяют, в отвгпе от "(¡"-образных, построить схему поверхностных натял'.еннГ:, необходимых, по модели, для "8"-образного изпгба. Однако, принимая во внимание, что "б'-образные кристаллы растут в таких ке условиях, как и "С"-образкые, естественно предположить; что "8"-образный изгиб вызывается действием тех ке сил, какие обуславливают "(¡"-образное искривление. Исходя из этого к с учетом полученных данных по ориентировкам "Б'-образных кристаллов 'ТС-Б^ ,■' построена схема изгиба ресетки этих кристаллов (ряс.4). Она иллюстрирует новую особенность строения азиму-тально изогнутых тонкопленочных кристаллов - смену знака кривизны реаеткк вдоль большой оси,

Рис.4. Схема искривления рессткп "3"~сбразкы;< кристаллов ТЁ-^е." оо ^¡З? "^ ~ углы направления [СОх] с пленкой',

?пс„5. Схема к расчету "С"-ос'разисто а гкмуталънего _пзгпба кристаллов Р - коьвгхностков латя'г'.онпа:

¿1>

Оценивалась способность модели объяснить величину каблндае-1.:ого азимутального изгиба. Для этого вычислен "0"~сбрзз;шп изгиб кристаллов ТС-Зе , Зп^Эе. Схема, полонящая определение исг.риялз-пия ромбовидных кристаллов Т2-Ье , показана на рис.С. Расчет метода;,"! теории упругости дает для азимутального угла ф : '

где О/ и Од - поверхностное натяжение при ориентации направле--

ния [001] перпендикулярно и параллельно грани кристалла;

коэффициент упругой податливости в спецкслкюЗ (рис.5)

системе координат; , с - размеры кристалла.

Расчет до числа требовал определения

оцениваются в паботе. Ко^х-одеит 5 «г сначала пересчитывало.!!

£1 /

талла. г {'

кристаллографической системе координат (результат: $>ц ) ,а

затем выражался через модули упругости, Реаекне: = (Суз-%%з)/ (2С|3-С33С1]ГС33С12) (С1Г-С12). В итоге на:!деко:Ц) ^15 град, что соответствует эксперименту. Величина такого х.е порядка полу- ■ чено и для кристаллов Оп^Зе..

Л разках "одел: объясняется зависимость азимутального изшба кгиоталлоа T2.Se , Оп^Зе от состава пленок: увеличение содержания

& в пховясх деде? к отклонен:;» состава кристаллов от стехко-г.:ет^т:, что обуславливав? усиление анизотропии связей и, в рэзуль тата, увеличение (в« в оясиершгнте) азимутального изгиба.

.Цепствне:.: яоверхяостяого вггакензя объясняется такав у:шъ~ сепке азимутального изгиба кристаллов Зп^Зе . развкваадвхся на слгде, по срззнекпз с росток на углероде: кристалл не образует химических связои с углероде:.:, а возникновение их с атокаш слюды возможно; пр-.: наличии таких связей поверхностное натякение на границе кр::столл~гго^лог:<а уменылптся, следовательно, должен укеяшгсься обусловленный км азимутальный изгиб.

третьем разделе оценивается анизотропия поверхностного натяжения кристаллов Tf.Se , З^Бе .

Рассштргзактся различные подхода к реиенкв этой задачи. Показывается, что единственно приемлемым в рклиос работы способом рессния является оценка на основе данных термодинамических измерении и структуры кристаллов.

Подробны:! анализ структуры приводит к выводу, что химическая связь в кристаллах ТЕ-Зе, Л^Бе существенно анизотропна: направления [0011 з T2.Se и з - суть направления сильной (ксвалснтной) связи, а перпендикулярные им - слабой (Ван-дер-Ваальсовсй). Такая анизотропия объясняет, по предлагаемому механизму, наблюдаемый знак азимутального изгиба.

„С учетом структуры кписталлсв получены расчетные соотношения:

П е_ 1 2 Нте^ 3 Н3^

и№) , Чоад) -асЖ 7 °т ~~сё"Ж 5 %в)~?>с'~1Щ'

где з,0 , с - .параметры элементарной ячейки кристалла,

- число Авогадрэ, дНт ~ теплота плавления, К - энтальпия образования или теплота сублимации.

оценивались также способом, основанном

на известных эмпирических правилах ("среднего арифметического" и "среднего геометрического") определения энергии ковалентной

чесжому" и "сродному геометрическому" соответственно)* Результаты согласуются между собой п количественно обосновывают механизм азимутального изгиба тонкопленочних кристаллов , Зи^бв •

В четвертом разделе обсуждается погрешность определения ориентации решетки.

Показывается, что предложенная в работе методика дает точности расчета ориентпровок п I град, что достаточно для анализа механизма искривления решетки кристаллов, растущих в аморфных пленках.

ОСНОВНЫЕ ШЭД ДИССЕРТАЦИИ

1. Исследованы закономерности изменения ориентировок растущих в аморфных пленках кристаллов Т& йе , ЗПрБв » 351б • Для упрощения расчета ориентации решетки гонкоплеяочного кристалла по сложим кгкроэлектроногражам (с набором ориентировок) предложена методика, позволяется определять ориентацию решетки относительно пленка по правильно;"! глисроэлектрогтг'рате (с одной ориентировкой), получаемо!! при наклоне кристалла с помощью гониометра. Методика позволяет практически облегчить определение ориентации решетки тонкопленочиого кристалла* расширив возможности использования гониометра.

2. Установлено, что в аморфных пленках перетленного состава

растут безблочныэ кристаллы теллурида сурьмы с решеткой, изогнутой вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, расположенных в плоскости пленки, что подтверждает известную для других веществ особенность развития кристаллов в аморфных пленках-закономерное искривление решетки в процессе их роста. Обнаружено, . что в пленках "Те-ЗЙ растут также кристаллы . развиваю-

щиеся в сферолити, что подтверждает закономерность кристаллизации аморфной пленки в виде сферояитов.

3. В пленках переменного состава I С.~~С>В обнаружен« азшду-тально изгибающиеся непрерывно в процессе роста кристаллы селенпдя таллия ( 7Т5е ). Установлены два типа азивдтально изогнутых • кристаллов Т^Бе , отличающиеся знаком изгиба - "С"-образные кристаллы и шстерезисные, или "5"-образные, что соответствует формам азимутального изгиба, наблюдавшимся ранее у тонкопленочних кристаллов других веществ.

Изучены фактору влияющие на азимутальный изгиб кристаллов /t-.be в пленках П~ Зе и кристаллов- в пленках ..

переменного состава S>£ , Установлено, что:

а) азимутальный изгиб кристаллов Тб-Se и iln^Se увеличивается при .увеличении содержания Se в пленках;

б) азимутальный изгиб кристаллов 'Jn^Qe зависит от подловил и для кристаллов, растущих на углероде, больше, чем для кристаллов, растущих на слюде; тпо <ч О

в) величина азимутального изгиба кристаллов I ь-^вп Jn^Oe увеличивается дрк уменьшении толщин пленок 71?" Se , Jri'Ss

и раступих в них кристаллов T2Se и ifog Se .

Установлено, что наряду с азимутальным изгибом реиетка кристаллов I ¿Ss изогнута вокруг бсльмой к малой осей, и, таким образом, результнрукций изгиб представляет собой изгиб вокруг тре: взаимно перпендикулярных осей.

5. Установлено, что решетка азимуталъно изогнутых кристаллов T£Se закручена вокруг большой оси: "S "-образных - геликои-

далыю, "Сообразных - антагелякопдалыю.

Обнаружено, что ресетка "С"-образных кристаллов 3ftr,Se закручена вокруг их шло!: оси.

Установлено, что это закручивание, а такде изгиб реиетки "С"~обрэзных кристаллов TtS>2 вокруг большой оси таковы, что увеличивается угол направления сильной химической связи с пленкой при двкненип вдоль направления малой оси от растянутой к сжатой граня:.! кристалла. ПС.

6. На примере Tubs и JH^be показана универсальность предложенного для ¿8 механизма азимутального изгиба тонкопленочных кристаллов, основанного на действии сил поверхностного натяжения на основных поверхностных гранях этих кристаллов. Остановлено, что наблюдавшиеся закономерности азимутального изгиба (знак изгиба, его зависимость от толщины пленки и растущих в ней кристаллов, зависимость величины изгиба от состава пленок) могут быть объяснены с помоцью предлагаемого механизма. •

Для его количественного обоснования проведена оценка поверхностного натякения граней (001), (010), (100) кристаллов T£Se и грани (100) кристаллов Oi/^e • Установлено, что поверхностное натяаоше отих кристаллов существенно анизотропно (согласно оценкам различными способами SJL^f ы 0,32*0,87 Дж/м2, Щй^ Ь/м2; S^f 0,73*0,92 а порядок вели-

чины поверхностного натяжения граней кристаллов ^ft^Se , перпен-

Дигсулярнкх грани (ICO), составляет 0,01 Лд/м2. Бычпсленныо значения поверхностного нагяюжл позволяют объяснить наблюдаемые величины азп-.тутатьного изгиба "С'-образних кристаллов

с.

Цитируемая литература

I. Болотоз u.E., Веретенников Л.М., Демин Л.Б. Исследование азимутального изгиба топкопленочшх кристаллов салена и селе-нкда таллия / Сзердл.пн-т нар.хоз-ва - Свердловск, 1987,- 1ЛС - Деп. в ЕВБГГИ. 25.08.87, 62I3-B87.

Основные результаты рабо_тп _отро::{е!ш в

1. Болотов К.Е., Домик А. Б. Особенности кристаллизации ачорфшгх пленок теллур-сурьма // Тез.докл. II Всесопз. копр. . "Материаловедение халккогешдаых и кислородосодермапкс полупроводников". - Черновцы, 1986. -Т.I.-С.120.

2. Болотов И.Е», Демин A.B. Исследование аяизотропнп расцеп-пения кристаллов селенида индия Dn¿Se, растущих л тонких аморфннх пенках Уп-Ьв/Свещл, ин-т нар. хоз-ва.-Свердловск, 1987. - 80.-íen в KUCÍTI1.20.03.87, ,'5 1999-387.

3. Болотов И.Е.,' Демин A.B. Особенности морфологии кристаллов .

TtSs.

растущих в аморфной пленках /Свердл.ин-т нар.хоз-ва.-уЕердловск, 1987.-20С.- Деп. в ЖШИ-1.25.08.87, .'5 6212-387.

4. Болотов ¡I.E., Веретенников JÍ.Í,!,, Демин A.B. Исследование . азимутального изгиба тонхопленочных кристаллов селена и селенида галлия / Свердл.ин-т нар. хоз-ва.-Свердловск, 1987.-14С.-Деп. в З/ЖИТИ.25.08.87, 62I3-B87. "

5. Болотов U.S., Демин A.B. Фазовые превращения в тонких шорЬных пленках переменного состава Se //Тез. докл. ТУ Бсесомз. ¡емияара "Структура дислокаций и механические свойства металлов и ¡плавов".-Свердловск, 1987.-С.99.

6. Болотов И.Е., Демин A.B. Исследование текстуры кристаллов ¡еленпда таллия (TöSe), растущих в тонких аморфных пленках // "ез.докл.У Всесоюз. конф. "Текстуры и рекристаллизация в металлах [ сплавах". -Уфа,1987.-С.112.

7. Болотов И.Е., Демин A.B. Гониометрическое исследование :труктуры кристаллов, растущих в анортбкцх пленках //Тез.докл. [ауч.-практ. семинара "Актуальные задачи научно-технического

л}.'Ограоса".-Сверцлоьск, 1983, -С. 88»

8. Болотов И.Демин A.B.} Веретенников Л.М. Электронно-гироскопическое исследование структуры кристаллов селонида галлия, растущих в тонки* аморфных пленках //Тез.докл.ХШВаесоюз. коп!-. по гиеитронной микроскопии.-41.» 1987 .-С.250-252.

9.-Болотов И.Е,.Бэретеыюшов Л.М, Демин A.B. О роли анизотропии поверхностного натяжения при кристаллизации аморфных пленок солена и ьго сплава с таллием Ц Тез.докл.III Воесоюз. копф,"Проблемы цеследова н.1я структуры ачорфншс металлических сплавов?ч\1.,198В.-С.412-313.

10. Болотов И.Е,,Демин A.B. Особенности кристаллизации шор?них плево» индий-селен // Физико-химические исследования мотллургичэсшк процессов. -Свердловск, 1938,-G.61-65.