Ориентационные изменения при росте сферолитных кристаллов в аморфных пленках селена тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ВЫС2ЕГ0 К СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФС?

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАГлЕНИ ГОЛИГЕШгаЗСШЙ ИНСТИТУТ К.ЖНИ С.М.КИРОВА

На правах рукописи так 539.25 ¡.1АЛ10В Вячеслав Борисович ОРИШТАЩЮЕНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРИ РОСГЗ

с^зролишх кристаллов в моргая пленках селена

0I.C4.07 - физика твердого тела

Авт О'реферат диссертации на сококанхге учэноЗ сгепен:: кандидата фзгико-катег.:атлческ::х ааук

Свердловск - 1930

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физика физико-технического факультета Уральского политехнического института ел. С.?,'.Кирова в Уральска,! элзктршехгндческш заводе.

Научнш руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор ¡Шульгин Б.В.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Фролов A.A.;

кандидат сГпзкно-иатематическпх наук, ведущий шхенер Ипзгуллн В.Н.

Ведущее предприятие - Институт физики металлов УрО АН

СССР.

Защита состоится " ¿Z" феи^с^лл 1990 г. на заседании спецкадазкрзэаннСЕ'О ссзета К КьзТкТп при Уральском пслитежи-чеекал институте . С. t,i. хыр оз а - Адрес 62GQC2, Сзерддоаск, К-2, ул. Llirpa, 12. (5-кп уч. корп., ауд. CT—t 19, в 14—30 час.).

С диссертацией кокно ознакомиться в библиотеке Уральского политехнического института ил. С.М.Кирова.

Автореферат разослан " /j" 1990 г.

и

Учений секретарь

Специализированного совета ^

кандидат физ.-:лат. наук - jt/^^1^0"^ А.К.Штольц

ОБШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность теш. Одной из ваннейших нерешенных проблем физики твердого тела является проблема реального кристаллообразования. Сферолитная кристаллизация является наименее разработанной частью проблемы реального кристаллообразования, осо5о для пленочных материалов. Развитие пленочного материаловедения, связанное с широким применением тонких слоев в микроэлектронике, оптике, полупроводниковом приборостроении, с одной стороны, и широкая распространенность о&зралитной кристаллизации в тшких пленках, с дрг/гой, обусловливают научную и практическую значимость исследований роста сферсикгннх кристаллов в тшких пленках.

Оде ir л из материалов, широко применяемых в виде тонких пленок является селен, который в то se время является типичным сфе-раяктообразующзм веществом. Эти особенности селена в сочетании с удобннл для' экспериментальных исследованил интервале?.' те:лпера-тур кристаллизации позволяют использовать его в качестве модельного вещества для исследования сферслитной кристаллизахжи в тонких пленках.

Б плаве Фундаментальных исследований наибольплй интерес представляет изучение формирования сфералктного кристалла из :ло-нокристаллического зародыша. образование из монокристалла тек-стурованного агрегата разделенного на блоки, какигл является cíe-ролит, с необходимостью предполагает наличие ориектаиионних изменений при росте сферолитного кристалла.

Б связи с вгзеизлокенным в данной работе исследозэкк оркеп-тационные изменения при росте сферолитнкх кристаллов в тонких даорфзых пленках селена. Для этого проведены исследования как начальных стадий формирования сферолитш, так и более поздних стадий - квазис?еродитнкх кристаллов.

Изучены оркентациошше изменения, обусловленные у пру г ir,i ротационные искакением реиетот гристаллов селена, формирование з ■ них мвЕблочных границ. Ксследован-сроцесс появления азидуталтлюп разориентировки решетки, лршзодяпйй в. конечна,! итоге к формированию текстуры сферолитного кристалла.

Оснозная методика внвеотнениз таботы - трансмиссионная дифракционная электронная микроскопия в сочетании с методами гпппо-дифракции, тешого поля, исследованием кристаллов в гониспетге,,

3

а такке по изгибним экстинкционнш контурам. Совокупность данных методов позволяет получать полные сведения о разориентиро-вках решетки исследуемых кристаллов.

Научная новизна работы.

1. Установлено, что ориентавдояные изменения, происходящие при росте сферататных кристаллов в тонких аморфных Еленках селена, сводятся к двум взаимосвязанным типам - неоднородно^ ротационному искривлению решетки, в общем случае вокруг трех взаимно перпендикулярных направлений и формированию межблочных границ с переменными кристаллогеометрическими параметрами. Выявлена закономерность роста тонкохшеночных кристаллов гексагонального селена - асимметрия искривления их решетки и асимметрия плотности и кристаллогеометрических параметров, образующихся в них границ.

2. Обнаружены новые типы реальных структур тонкспленочннх кристаллов селена: неоднородное упругое ротационное искривление рекетки кристаллов гексагонального селена вокруг оси "С"; неоднородное упругое ротационное искривление репетки кристаллов гексагонального селена вокруг дзух взаимно перпендикулярных направлений. Обнарузены безблочные щшстадга {"секировддкке" и "гис-терезисные"), характеризующиеся начальной стадией формирования азимутальной раз ориентировки решетки. Исследована их структура. Установлено, что решетка данных кристаллов испытывает неоднородное искривление ротационного характера вокруг трех взаимно перпендикулярных направлений. Реальная структура исследованных 1фИСталлов относится к новшу, неизвестному ранее, типу. Обнарукены и исследованы полусноповидные кристаллы. Показано, что их рекетка также испытывает ротационное искривление вокруг трех взаимно перпендикулярных направлений. Проведена классификация типов реальной структуры тонкопленочных кристаллов селена. Показано, что исследованные типы структур связаны друг с друга.:, характеризуются определенной картиной изгибных экстинкционных контуров и образуют непрерывный ряд, в котором предыдущие члены являются исходным состоянием для форлирования последующих.

3. Обнаружено и объяснено на основе учета полимерного строения кристаллов гексагонального селена явление непрерывной неравна, терной релаксации упругого неоднородного ротационного искривления решетки вокруг оси "С". Установлено, что имеет место суперпозиция явлений дискретной и непрерывной неравномерной релаксации

упругого неоднородного ротационного искривления реиеткя вокруг оси "С" з отдельно взят ал кристалле.

4. Исследованы межблочные границы в тонкопленочных кристаллах селена. Экспериментально установлено, что образование межблочных границ реализуется в кристаллах с упругим неоднородные ротационным искривлением рецеткп вокруг осп "С". Выявлено к объяснено различие знака вектора разориентировки межблочных границ сфорквровазпзгхся в различных частях кристалла. Показано,что в хсрпсталлах, раступцх в аморфных пленках селена при 150°С у межблочных границ кручения появляется изменяющаяся вдоль границы компонента наклона. Обнару~.ен эффект псхривлеппя межблочных границ в кристаллах с непрерывной азимутальной разориентировкой решетки. Установлено, что б га стере зпсных крямазлах прп переходе пз "правей" части кристалла в "левугэ" кривизна межблочных границ как к кривизна решетки меняет знак.

5. Предлокек способ единообразн от о наглядного представления п изучения структуры тонкопденочнкх кристаллов с ротациокно искаженной ресетг.сй. Суть спосоЗа заключается в построении геометрического объекта - поверхности ориентировок некоторого кристаллографического направления. Показано, что свойства структуры крпсталлоз связаны со свойствами поверхности ориентировок. Тек самым создастся возможность исследования эволюции структуры кристаллов с палощьэ геометрических методов. Представлена модель ротационного искрпзленпя решетки тонкопленочных кристаллов солена вокруг двух взаимно перпендикулярных • направлений, основанная на рассмотрении эволюции поверхности ориентировок кристачла гексагонального селена с упругим неоднородным искривлением рэсеткп вокруг оси "С".

5. Предлокенэ модель, объясняющая возникновение непрерывно;: азимутальной разорпентпровки решетки в кристаллах гексагонального селена. Модель основана на рассмотрении равновесия псресекагз-щахся поверхностей раздела фаз под действием сил. повзрхносткого натякения и действия см поверхностного натяжения па поверхностях кристалла параллельных поверхности пленки, направление которых перпендикулярно перзеека'зце.'-ся граням крпсталла. Показана необходимость учета сил поверхностного давления. Установлено, что азимутальная разориентировка репзткн в пределах блока квази-ейеролитного кристалла прогрессирует от центра к периферии, а кручение реиетки блоков является законсмэркт:.

5

7. Модифицирована классическая cxera образования схералит-ннх кристаллов. Модификация схе:.и заключается в тш, что взо-дптся ноэое состояние кристатла, названное орлентациопно кеус-тойчизиГ'.!,в которое переходи монокристаллическлй зародыш до формирования в нем межблочных границ. Для кристаллов селена -ориентацяонно неустойчивым состоянием является состояние криста-я ла с упругил неоднородным ротационным искривлением рекетки вокруг оси "С",

'Практическая гтенность -работа заключается в возможности использования полученных результатов при разработке новых тонко-пдоночных материалов, планировании научных эксперглешгов при исследовании сХеролдтообразувцях веществ. Подучзннкз данные по-сзсккзт прогнозировать обнаружение нсвах, ранее неизвестных свслств, тоиколленочянх кристаллических объектов.

Апробация работы. Результаты работы докладывалась на:

- 1У Всесоюзном семинаре "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов" (Свердловск, март 1987 г.);

- У1 Всесоюзной, конференции ио росту кристачлов (Ереван, сентябрь, I9SS г.);

- Ш Всесоюзной конференции по росту кристаллов ОЛосква, ноябрь, 1988 г.);

. - Зсесо-озна; совещании "Новые возможности дифракционных методов" (Москва, июнь 1987 г.);

- У Всесоззнш совещания по старению металлических сплавов (Свердловск, мара, 1989 г.);

- 12 Европейской кристаллографической конференции (Москва, август, 1989 г.);

- Всесоюзных федоровских сессиях (Ленинград, май, 1985 г., 1986, 1989).

Дублккадш. По результата:.! выношенных исследовании замается 14 публикаций в центральных и международных изданиях.

Обьсгл и структура тдботн. Диссертация изложена на 186 стра ницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глаз, заключения, списка литературы пз 115 наименовании, содержит 6 таблиц и 72 иллюстрации..

ОСЮВНОЕ ООДШгКАШЕ РАБОТЫ

*В первой глазе проводятся анализ имеющихся литературных апных об орпентационных изкенениях^происходящих при росте сфе-олигнкх кристаллов. Оилечается аирокая распространенность сфе-■олитпой кристаллизация в пленках различных веществ, среди ко-орях выделяется селзн как иоделышй объект для проводимых негодований. Характерным для многих веществ и, в частности, для елена язлястся рост сфералкгных кристаллов из монокристалличе-кого зародыша. При этш развитие сферолита реализуется через ¡яд промежуточных, в том числе и квазисферолнтных, форм кристал-юв. Подчеркивается, что детальных исследований ориецтационных гзкенекий, с неизбегглостыэ происходящих при формировании сферо-аста из монокристаллического зародила, не проводилось.

Рассматриваются особенности структуры сферолнтных кристал-[ов - наличие закономерной текстуры и радиально-блочного строения. Обсундакзтся общие вопросы расщепления монокристаллического ¡ародыжа'на радиальные блоки и подробно рассматривается кдеющп-(ся данные о формировании блочной структуры в тонксшеночных фисталлах селена. Делается вывод о необходимости ответить на делкй ряд вопросов, к которым относится вопрос о знаке вектора зазориентировки репетки на границах, разделяющих кристаллы се-вна на блоки; вопрос об экспериментальном подтверждении пред-ЮЕенной ранее модели образования межблочных границ кручения в фпсталлах селена; вопрос о зянянип температуры на кристалло-геалетрка формирующихся границ.

■Бри анализе данных о формировании текстуры сфвролитных кри-зталлов делается вывод о неполной ясности причин определяющих аЗннык процесс. Подчеркивается необходимость обнарукения иачаль-юй стадии формирования азимутальной разориентировка рэщетки з кристаллах селена, которая в конечном стоге приводит к форлиро-ЗсШею текстуры сферолита. Пазсло рассмотренных виге ордантази-онних изменений об 6у вдаются и такие орпеятащошше изменения. об-*арт/:-:енныв в кристаллах селена, как скручивание кристаллической решетки, изгиб кристаллоз и появление ориентировки оси "С" перпендикулярной плоскости пленки. Анализ перечисленных ориентацн-скш/х иг:енен1Й показывает необходимость дальнейшего изучзния процесса скручивания решетки - ее упругого ротационного искривления вокруг осп "С" тонкопленочных кристаллоз гексагонального селена.

Зо второй главе на основании анализа представленных в первой главе литературных данных определены основные задачи4ра-боты:

1. Детально исследовать структуру тонкопленочных кристаллов гексагонального селена с решеткой упруго иагоивленной вокруг оси "С";

2. Исследовать особенности образования, развития и 1фис-• таллогешетрии межблочных границ в таких кристаллах;

3. Изучить изменения'реальной структуры кристаллов селена и щшсталлсгеок^трот.формирующихся в них глеублочнкх границ в зависимости от температуры кристатлизацпи. Выявить и детально исследовать начальные стадии прогэсса азимутальной разориентя-ровка рекеткп при росте токкопленочных кристаллов селена;

4. На основании подученного экспериментального материала о структуре квазисферолитных кристаллов проанализировать явления блокообразозания и формирования текстуры при росте сферо-лптнпх кристаллов в тонких аморфных пленках селена.

В данной глазе описана и методика исследований. Исследовались кристаллы, раступще в тонки:: ( ~ БО шл) аглорфных пленках селена, в интерзале температур кристаллизации 170-120 ^.'Кристаллизация аморфней пленки осуществлялась путем изотермического отнига в печи.

Разориентировки реветки в исследуемых кристаллах определялись с палощьв электронно-микроскопических методов микродвфрак-ции и изгибных контуров. Приводятся формулы метода изгибных контуров, позволяэдпе на оснозе анализа картин изгибных экстшкци-спных контуров определять ориентировку и радиус изгиба кристаллов или их фрапдентоз. Как вспомогательные использовались методы теглного полк (андицирование изгибных контуров) и оптическая микроскопия (контроль процесса роста кристаллов).

Р, ттдтьей главе исследованы особенности фондирования межблочных границ а упругого ротационного искривления рееетки в ра, бозцпгг.'Х кристаллах гексагонального селена, растущих в аморкаах пленках при теглпературе кристаллизации 170-160

Установлено, что I) имеет глесто различие плотности границ образующихся в "лезой" и "правой", относительно короткой диагонали ра.:ба, частях кристалла; 2) границы в "левой" и "правой" частях кристаллов могут отличаться и модуле!,I вектора разориентировки и) и мест ал зароадения; 3) для границ развив анщихся в

разных частях кристаллов обнаружено изменение знака вектора раз ориентировки teJ при переходе через центр кристалла.

Таким образад, выявлена асимметрия в образовании, плотности и кристалл ore «метрических параметрах границ кручения, формирующихся в "левой" и "правей", относительно короткой диагонали ромба, частях кристаллов.

В результате исследования исходных кристаллов (кристаллы без границ) установлено, что по характеру изменения величины упругого ротационного искривления решетки на единицу длины кристалла вдаль длинней диагонали - удельной скрученности решетки О , они могут быть разделены на две группы» К первой группе относятся кристаллы, в которых вл eoni-t . ко второй группе относятся кристаллы, в которых удельная скрученность решетки меняется ( в * const рис.1). Изменение удельной скрученности решетки подчиняется двум закономерностям: I) удельная скрученность решетка максимальна в центра кристалла и уменьшается при удалении сп него к фронту роста; 2} кривая изменения удельной скрученности реисетки кристалла асимметрична относительно центра кристалла. В результате исследования ротационного искривления репзтки в кристаллах с границами вышедшими на фронт роста установлено, что характер изменения в в части кристалла, не содержащей границы и в однегл из блоков аналогичен характеру изменения £ в исходных кристаллах. По характеру изменения 9 з другом блоке можно сделать вывод, что в нем произошла релаксация упругого искривления репетки (рис.2).

Совместный анализ результатов исследования особенностей формирования межблочных границ кручения и упругого ротационного искривления репетки в кристаллах селена позволяет утверждать, что: I) образование межблочных границ происходит в кристаллах с неоднородном упругим ротационным искривлением решетки; 2) возникновение межблочных границ в центре кристалла объясняется максимальным искривлением решетки в данной части кристалла; 3) асимметрия образования, развития а параметров межблочных границ в "лавой" и "правей" частях кристалла является следствием асимметрии удельной скрученности решетки кристалла.

Анализ статистических данных о формировании межблочных границ кручения и боковых границ, а также анализ механизма.формирования границ кручения в кристаллах селена с упруго искривленной решеткой позволяют объяснить более частое образование межблочных границ кручения по сравнению с боковыми границами

у I х

1 1 \

1 1 1

5 t

L, ж*

Рис.I. Схема изменения удельной скученности ре не таи в исходных кристаллах L - расстояние в направлении дленной диагонали рай а

А !

У /; ! 1 V

!

Рис.2. Схема изменения удельной скрученности решетки в кристаллах с границей ^учения, вышедшей на фронт роста. Ь - расстояние в направлении длинна! диагонали ралба

спецификой формирования боковых границ. Ежовые границы формируются минуя стадию оборванной границы как бы "скачком". В связи с этим для образования боковой границы требуется большая энергия, чем для образования межблочных границ кручения.

В четвертой главе проведено изучение структуры щзисталлов селена, растущих в аморфных пленках при температуре кристаллизации 150-140 °С. При температуре кристаллизации 150 °С обнарукенз ромбовидные кристаллы с веерообразной системой изгибных экстинкционных ■ контуров. Система контуров г данных кристаллах может обладать зеркальной (рис.За) или инверсионной симметрие й (ри с. 36). Микродифракцп онные исследования в сочетании с исследованиями в гониометре кристалдоз, представленных на рис.За показала, что [00X7 в кпх отклоняется при переыедр. нии от центра кристалла к его периферии вдоль длинной диагонали рай а. Отклонение f00l7 происходит в одну и ту ке сто-

рту - в сторону подлежи и коррелирует с "веероэбразностью" системы контуров.

Микродифракционные исследования кристаллов, представленных на рис.36 показали, что отклонение [COI] происходит в разные стороны в соответствии с ситлметрией картины контуров.

Анализ картины контуров и электронографических данных позволил установить, что решетка исследованных кристаллов испытывает неоднородное ротационное искривление вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений. Расчеты, проведенные с пшо-щыо формул метода изгибных контуров для отдельных фрагмеяов ромбовидных кристаллов с веерообразной системой контуров, показали, что удельная скрученность решетки меняется не только вдоль направления совпадающего с длинной диагональю ралба, но и вдоль направления, совпадающего с короткой диагональю ралба. Максимальное значение удельной скрученности реиетки достигает 9 град/мш в основании "веера" контуров и иокет превысить значение удельной скрученности решетки на периферии кристалла в несколько раз. По стандартным кристаллографически формулам рассчитаны максимальные углы отклонения fOOI] от положения параллельного плоскости пленки. Они достигают, как правило, 22°.

При понижении температуры изотермического отжига до 140°с в аморфных пленках селена впервые обнарунен рост кристаллов с искривленным габитуеш - "секироввднкгл" (рис.Зг) или "гистере-зисным" (рис.Зд). На элестроннсмикросколическш изображении данных кристаллов присутствует система изгибных экстинкционных контуров, обладавшая зеркальной или инверсионной симметрией.

г д e s

Рис.3. Схематическое изображение кристаллов,

выросших в аморфных пленках селена при' температуре 1фисталлизацпи 350-140 и соответствующих картин изгибных экстинкционнкх кштуров

Ыикродифракционные исследования данных кристаллов показали, что палимо отклонения [COI] от положения параллельного плоскости пленки при перемещении от центра вдоль направления наибольшего размера кристалла имеет место ротация [001] вокруг направления перпендикулярного плоскости пленки. Установлено, что азимутальная кривизна репетки в "левой" и "правой" частях секи-розэдных кристаллов имеет один и тот же знак, азимутальная кривизна репетки з "лево;":" и "правой" частях гистерезисных кристаллов имеет разные знаки. Кривизна габитуса кристалла и азимутальная кривизна репетки всегда имеет одинаковые знаки. Отклонение [001] от положения параллельного плоскости пленки в секи-ровидних кристаллах реализуется в одну и ту се сторону, а в гистерезисных кристаллах отклонение [001] происходит в разные стороны.

Максимальное отклонение [001] ст положения параллельного плоскости пленки, расчитаннсю по стандартны.! етисталлографиче-CKir.T формула: достигает, как правило, 32°. Азимутальный поворот [00i] "в пределах кристалла достигает 70°.

Злзк.гроно?ра$ически и на основании анализа картин изгибннх экстынхционкюс контуров показано, что: 1) реиетка секирозвдных и гистерезисных кристаллов испытывает неоднородное упруго-пластическое искривление вокруг трех взаимно перпендикулярных направлений; 2) структура рай обидных кристаллов с веерообразной системой контуров, обладающей зеркальной симметрией, является исходной для формирования структуры секировидкых кристаллов; 3) структура роговидных кристаллов с веерообразной системой

изгибных контуров, обладающей инверсионной симметрией, является исходной для формирования структуры гистерезисных кристаллов.

Обнаружена асимметрия искажений реиетки в "левой" и "правой" частях кристаллов, растущих в интервале температур кристаллизации 150-140 °С. Асимметрия искажений ресетки проявляется как в характере ротационного искривления решетки в данных частях кристаллов, так и в асимметрии параметров ротации решетки кристаллов и их габитуса (рис.За, е, к).

Исследована структура блоков блочных кристаллов, растущих в аморфных пленках селена при температуре кристаллизации 150 -140 Показано, что их структура идентична структуре кристаллов с веерообразной системой контуров и структуре кристаллов с искривленным габитуса!.

В пятой глзве излагаются результаты исследований структуры кристаллов, растущих з аморфных пленках селена при температуре 130 - 120 °С и особенности формирования межблочных гранил при температуре 150 - 120 °С.

Обнаружено, что результатом понижения тешературн изотермического отжига до 130°С является рост в аморфных пленках селена секировидннх кристаллов с округлыми наростами вблизи острых углов кристаллов. С помощью электронографии установлено,что отклонение [001} от положения параллельного плоскости пленки в данных наростах близко к 90°. Возрастает и величина азимутальной разориентировки решетка в пределах кристалла.

Исследование межблочных границ формирующихся в кристаллах, растущих в аморфных пленках при 150 °С, позволило обнаружить границы раз ориентации, которые псмимо компоненты кручения содержат и компоненту наклона, возрастающую при перемещении от центра ромбовидного кристалла к фронту роста в направлении его длинней диагонали.

При более низких температурах кристаллизации - 140 °С, в кристаллах с азимутальным искривлением ресетки выявлены -лек-блочные граница, вдоль которых изменяется вектор нормали к поверхности граниыд. Выяснено, что знак кривизны границ всегда совпадает со знаком кривизны решетки и знаком кривизны габитуса кристалла. В соответствии с этим установлено, что знаки кривизны межблочных границ в "левой" и "правой" частях езкпроздд-ных кристаллов совпадазт, а знаки кривизны межблочных границ в "левой" и "правой"частях гнет ере аисных кристаллов отличаются. Подобные типы границ з кристаллах селена ранее не наблюдались. Выяснено, что зарождение межблочных границ в кристаллзх, растущих з аморфных пленках при 150 - 140 °С, инициируется в центральной части кристалла.

Установлено, что с-поядаением тешературн кристаллизации более ярко проявляется и асимметрия их плотности и кристалло-геог.втрических параметров. Напрклер, если в "левой'1 части кристалла формируется плоские границы кручения, то в его "правей" части iotr-HTpymся сказанные гранит, вектор нормали к поверхности которых к пленяется вдоль границы.

Исследована структура блочных кристаллов. Показана идентичность структур блочных и безблочных кристаллов с веерообразной системой контуров, секировидных и гистерезисянх кристаллов.

Обнаружены и исследованы псиу сноповидные кристаллы. Установлено, что их решетка искривлена ротациокнш образсы вокруг трех взаимно-перпендикулярных направлений. Определены углы ротации решетки. Азимутальная разориентировка решетки в пределах кристалла достигает 80°, отклонение [OOl] - 32°, ротация реветки вокруг [001] - 25°.

С учетал подученных данных проведено исследование струкгу- . ры снозозвдшх кристаллов. Выяснено, что азимутальная раз ориентировка решетки в пределах блока таких кристаллов имеет закономерный прсгрессируюддей характер. Она возрастает от центра кристалла к его периферии, а кручение fOOl] имеет одно и то ке направление, связанное с направлении.! азимутальной раз ориентировки решетки.

Выявлена температурная недетерлинированность структур исследованных кристалле©, следствием которой является возможность роста реглбовэдных кристаллов при температуре хфисталлггации 130 °С, наряду с преваларувдвл ростш кристаллов характерных для данной температуры кристаллизации. Показана особенность проявления асимметрии реальной структуры кристаллов, растувдх при указанных выше температурах кристаллизации. Она сводится к отличию углов ротации решетки, отличию плотности и кристаллорео-глетрических параметров мекблочннх границ.

В аестой главе проводится анализ экспериментальных результатов изложенных в предыдущих трех главах.

Рассматривая характер искажений репетки безблочных кристаллов, растущих при различных температурах кристаллизации аморфной пленки от 170 до 120 °С делается вывод, что реализуется непрерывный ряд структур следующих друг за другом и сдужааих исходными формами друг для друга. Указывается, что благодаря своей специфичности данные типы структур следует отнести к нозш типам реальных структур. Проводится классификация исследованных структур. В непрерывна! ряду структур вццеляются типы структур кристаллов, кавдему из которых сопоставлены картины кзгибных зк-стшкдишних контуров, присутствующих на их электршншикроско-пичеекда изображении. Данная классификация мокет использоваться при экспресс-анализе структуры кристаллов селена.

При обсуждении ориентационных изменении, происходящих при формировании межблочных границ, преаде всего отмечается, что данные границы являются границами с переменными кристаиогеомет-рическими параметрами. Впервые установлено, что с попиненкем

температуры кристаллизации не только возрастает плотность блочных границ как это было установлено ранее, а происходят качественное изменение их кристаллогеокетряческих параметров. При температуре кристаллизации 150 °С у межблочных границ появляется переменная компонента наклепа, при 140 °С переменный становится вектор нормали к поверхности границы.

Для наглядного представления об сриентащгснных изменениях, происходящих в процессе формирования структуры тонкопленочных кристаллов с решеткой искривленной ротационным образом вводится в рассмотрение геометрический объект - поверхность ориентировок определенного кристаллографического направления. Показано, что сзсйстза поверхности ориентировок связаны со свойствами структуры кристаллов. Так, например, если ракетка кристалла искривлена рстационкш образом, то искривленной будет и поверхность ориентировок.

Анализируется характер исканений решетки в кристаллах :: особенности формирования межблочных границ в них. Учитывая то, что зо всем исследованием интервале температур кристаллизации имеет место асимметрия исхаяена;! решетки, асимметрия плотности и крпсталлогеадетрических параметров межблочных границ и, как следствие, асимметрия картин пзгкбянх экстинкциснных контурез и электроногр&мм от симметрично равных участков кристаллов делается вывод: асимметрия реатьней структуры тонкоплзночных кристаллов селена является закономерностью их роста.

данная закономерность объясняется на основе предположения о разделении ромбовидного кристалла селена вследствии упругого ротационного искривления решетки вокруг [001] на два макроблока (рис.4), граница мелщу которыми нз является физически выделенной.

Процессы релаксации упругого ротационного искривления ре-¡летки зохфуг fOOXj , протекающие з макроблоках независимо друг от друга, обусловливают, в конечна! итоге, асимметрию реальной структуры тонкопленс-ашх кристаллов селена и, в частности, различие и совпадение знака вектора разориентировки ш в "правел" и "лево:!" частях реглбоввдного кристалла, (рис.4).

Проанализированы причины формирования исследованных структур. Показано, что изменение радиуса упругого изгиба реиегки вдоль короткой диагонали ршб овидного кристалла можно рассматривать как результат непрерывней неравншзрноЯ релаксации упру-

|/////|тУч) r/^ju^ i izzrhrra

а в б

Рис.4. Схема "разделения" кристалла на два макроблока (а) и форгщраванкя в них границ круяеяия с одинаковыми (б) г разнили (в) знака:® вектора раз ориентировки. Стрелка:.® и пунктирными линиями показано направле-нне [ЮО] и его проекция на плоскость пленки

того изгиба решетки вокруг [001] . Выделяется два типа релакса гпонккх процессов в тонколлекочных кристаллах селена - процесс дискретной релаксация упругого изгиба решетки и процесс непре-т:д!Ной неравномерной релаксации упругого изгиба рекетки, которая объясняется с учет ал. полимерного строения кристаллов селена. Установлено, что в отдельна! кристалле монет иметь место суперпозиция явлений дискретной и непрерывной неравномерной тк пов релаксации упругого изгиба решети.

Путем рассмотрения эволюции поверхности ориентировок [100 показано, что непрерывная нераэна:ерная релаксация упругого не однородного изгиба решетки тонкопленочных кристаллов селена во круг [002] обусловливает закона:ерное изменение ориентировки [DDI] , каблвдаемое в эксперименте.

Предлокена модель формирования азздтальнсм разориентиро-ш:и решек» в тонкопленочных кристаллах селена. Она основана ка рассмотрении действия сил поверхностного натякения на пересекающихся гранях растущего ^истаяла и на гранях параллельных поверхности пленки, где силы поверхностного натякения направле. ип перпендикулярно пересекающимся граням кристалла. Направлени действия сил поверхностного натякения созпадает с направлением аортального поворота ресетки, наблюдаемого в эксперименте. Отмечается не обходи, ¡ость учета сил поверхностного давления,при искривлении фронта роста кристаллоз.

Ка основании эюперетекталькнх данных, порченных ь ходе исследования, делаются выведа о структуре сферодитов селена.

седлагается изменение схемы формирования сферолитного кристал-з из м га охрист алличе скот о зародыша. МеадУ состоянием монокрис-зллпческого зародыша и состоянием кристалла разделенного на лот, вводится сртентационно неустойчивое состояние кристалла рис.5).

Для тснкшленочных кристаллов селена это состояние кристалла с упругим неоднородным искривлением репетки вокруг [001] .

Работа завершается общими выводами, в которых перечисляются осноб-ис.5. Модифицированная схема нне результаты проведен-

формирования структуры ннх исследований,

сферолитного кристалла

ОБЩИЕ вывода

Проведенные нами экспериментальные исследования и псследу-дае обсуждение ориентационных изменений, происходящих в процессе роста сферолитных кристаллго в тонких аморфных пленках элена позволяют сделать следующие основные выводы:

• I. Ориентациснные изменения, происходящие в процессе роста :феролктных кристаллов сводятся к двум взаимосвязанным типам -¡однородному ротационная искривлению решетки, в общем случае 5округ трех взаимно перпевдикулярных направлений, и образованно ■екблочных границ с изменяющимися кристаллогесметрическими параметрами;

2. Обнаружены новые типы реальных структур тснкопленочных српсталлов - селена:

2.1. Неоднородное упругое ротационное искривление решетки кристаллов гексагонального селена вокруг оси "С";

2.2. Неоднородное упругое ротационное искривление решетки кристаллов, гексагонального селена вокруг двух взаимно перпенди-нулярных направлений;

2.3. Обнаружены безблочные кристаллы, характеризующиеся начальной стадией формирования азимутальной разориентировки решетки. Исследована их структура. Установлено, что решетка дан ных кристаллов испытывает неоднородное искривление ротационного характера вокруг трех взаимно перпендикулярных направлений. Обнаружены и исследованы гистерезисные и полу сноповидные кристаллы селена.

2.4. Проведена классификация типов'структур тонкопленочных кристаллов селена. Показано, что данные типы структур связаны друг с другом и образую непрерывный, последовательный ряд.

3. Выявлена закономерность роста тонкопленочных кристаллов селена - асимметрия реальной структуры, проявляющаяся в асимметрии упругого или упруго-пластического искривления решетки и асимметрии плотности и |фистаоогеоыегрических параметров образующихся в кристаллах границ.

4. Обнаружено и объяснено на основе учета полимерного стро енкя кристаллов гексагонального селена явление непрерывной неравная пг ой релаксации упругого неоднородного ротационного искривления решетки вокруг оси "С". Установлено, что клеет место суперпозиция явлений дискретной и непрерывной неравномерной релаксации упругого неоднородного ротационного искривления решетки вокруг оси "С" в отдельно взят см .кристалле.

5. Обнаружен аффект искривления межблочных границ в кристаллах с непрерывной азимутальной раз ориентировкой решетки и в квазисферсиштных кристаллах; выявлено изменение знака кривизны межблочных границ при переходе через центр тистерезиснкх кристаллов; показано, что в кристаллах, растущих в аморфных пленках селена при 150 °С, у мекблочных границ появляется, изменявшаяся вдоль границы, компонента наклона; экспериментально установлено что образование межблочных транш, в тшкодленочных кристаллах селена реализуется в кристаллах с упдегим неоднородны,: ротационным искривлением решетки вокруг оси "С"; выявлено и объяснено различие знака вектора разориентировки межблочных границ, сформировавшихся в различных частях кристалла .

6. Предложен способ единообразного наглядного представления к изучения^ структуры тонкопленочных кристаллов с ротацкон-но искривленной решеткой. Суть способа заключается в построении геометрического объекта - поверхности ориентировок; предщо?.ека модель ротационного искривления реиегки тонкоменочных 1р;гстал-лов селена вокруг двух взаимно перпендикулярных направлений,

18

снованная на рассмотрении эволюции поверхности ориентировок ристалла гексагонального селена с упругим неоднородным рога-ионнш искривлением решетки вокруг оси "С".

7. Предложена модель, объясняющая возникновение азимуталь-ой раз ориентировки ресеткя в кристаллах гексагонального селе-а. Модель основана на рассмотрении равновесия пересекающихся

сиерхлостей раздела фаз под действием сил поверхностного на-яжения, а также действия сил поверхностного натяжения на по-ерхнсстях кристалла параллельных поверхности пленки, направ-ение которых перпендикулярно пересекающимся граням кристалла, оказана необходимость учета сил поверхностного давления.

3. Установлено, что азимутальная раз ориентировка ресетки пределах блока квазисферсдитного кристалла прогрессирует от знтра к периферии, а кручение решетки бликов является законо-эриьы. Модифицирована классическая схема образования сферслит-ь!Х таисталлов и взодится новое состояние кристалла название» риентационно неустойчивым. Для кристаллов селена таким состо-:шем является ссстояние кристалла с упругим неоднородным ро-зтгошшм искривлением ресеткл вокруг оси "С".

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Малков В.Б. Ротационная пластичность и фондирование зхблочных границ с переменными кристаллогесметраческими пара-зтрами / Тез. докл. 1У Бсесоюзь. семинара. "Структура дислока-;й л механические свойства металлов и сплавов". - 10-12 марта Э87 г. - Свердловск, 1987. - С.130.

2. '.'алкоз В.Б. Кристаллы описываемые геометрическими объемами с римановей кривизной и переход в аморфное состояние /

зз. докл. 1У Всесоюзн. семинара "Структура дисяокаплй и меха-;i чес кие свойства металлов и сплавов", 10-12 марта 1987 г. -вердловск. 1987. - С.100.

/xisea ¿п joesrjc - c&rtzëtcz. (¿г.

-ТЪЯ if // J&zé.

Scâfa-J- Мб -V.35 -f - 377-333.

4. Цалков В.Б., Болотов И.Е. Особенности образования не; блочных границ при росте тонноценочных кристаллов селена / Тез. докл. У1 Всесоозк. конф. по росту кристаллов, сентябрь 1985 г. - Ереван, 1985. Т.З. - С.28-29.

5. Болотов И.Е. . Колосов В.Ю., Малков В.Б. Новый тип ыег блочных границ в тонкопленочных кристаллах селена / Кристалл! график. - 1986. Г.31. - Вып. I. - С. 204-206.

6. ЫалкОЕ В.Б., Киселев В.В., Сергеев А.И. Асимметрия Д1 фектной структуры - закономерность роста кристаллов селена в тонких аморфных пленках J Тез. докл. 7 Всесоюзн. конф. по ро ту кристаллов, 14-19 ноября 1988 г. - Москва, 1988. - С.324-:

7. Малков В.Б. Принцип симметрии Кюри и симметрия карти изгибных экстинкцисшшх контуров / Тез. докл. Всесоюзн. сове) ния "Новые возыокности дифракционных методов", 15-17 ивня 19 i - Москва, 1987. - С,38.

8. Болоте® И.Е., Малков В.Б. Особенности кристаллизации аморфных пленок / Сб. научн. трудов "Теплофизика метастабиль: жидкостей в связи с явлениями кипения и кристаллизации". -свердловск, 1987, С.123-128.

9. Малков Б.Б., Шульгин Б.Б. 0 формировании структуры с литов селена / Тез. докл. У Всесоюзного совещания по старени мет&ишческих сплавов, 14-16 марта 1989 г. - Свердловск, 198 С.42.

10. Малков В.Б., Шульгин Б.В., Кордюков Н.й. Особенности кристаллизации аморфных пленок селена / Тез. докл. У Всесоюз совещания по старению металлических сплавов, 14-16 марта 198 Свердловск, 1989. - С.43.

IIЛс&йяЯё^Ма&хгЖ, л/euf ékyjA^ Щ&еб "freu ädeetafä:. ¿s ¿OOu*.- .Жюзсо/у. //Яа. //. Лл ¿¡е/г^г. ря. g&cteen. МгсЯс/я^у- f9£6 -J^do -гГ^-уй

hM&sctsirfa qz&k. я?&

Ccmtcut Utëfoci ¿АгЛк^Шбагйж с/ Säv£ ЗегюО&ж Ln ТЛш^ё^ //¿^(.ptotc OàibGTcp/ - ГШ- jSuiûyes.

13. ¿¿¿¿/¿cirp-jy SAu&u*- 3-1Гал4 Мясмс/i JjulmiZt oi teaS Л'vuefaxe. - ¿epuüiiiZe. if ûtVJi&e ¿kaz£/l ¿ъ c J/noefiùm- Menàt/n Ti&ns / êa^fiea^. Cristal

QtaffUc. ftteeiùze. MastuxiT, Jitwri- '¿o-zff к з p. PP.

' IA.Ma£&>ctrMutete jf.tr, Масуяж S.& Jr £ea£ J&ace&vce ала! fiwyÙU ш 7jk/t JrattfiâcKS

Seâ/tùest sZôkî. juoufi 0SP. Jm&U,

JЪрал f, £2?. "