Поверхностная энергия и температура плавления малоразмерных фаз металлических систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Коротков, Павел Константинович АВТОР
кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Нальчик МЕСТО ЗАЩИТЫ
2010 ГОД ЗАЩИТЫ
   
01.04.07 КОД ВАК РФ
Диссертация по физике на тему «Поверхностная энергия и температура плавления малоразмерных фаз металлических систем»
 
Автореферат диссертации на тему "Поверхностная энергия и температура плавления малоразмерных фаз металлических систем"

804617389

На правах рукописи

Короткое Павел Константинович

ПОВЕРХНОСТНАЯ ЭНЕРГИЯ И ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ФАЗ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ СИСТЕМ

01.04.07 - физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НАЛЬЧИК 2010

004617389

Работа выполнена на кафедре физики наносистем Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Созаев Виктор Адыгеевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Защита состоится 25 декабря 2010 года в 14.00 час. на заседании диссертационного совета Д.212.076.02 в Кабардино-Балкарском государственном университете им. Х.М. Бербекова по адресу: 360004, КБР, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173, зал заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кабардино-Балкарского государственного университета.

Текст автореферата размещен на официальном сайте Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова 24 ноября 2010 г. http://kbsu.ru

Автореферат разослан 24 ноября 2010 года.

профессор Дышеков Артур Альбекович

доктор физико-математических наук, профессор Снежков Вениамин Иванович

Ведущая организация:

Северо-Осетинский государственный университет

Ученый секретарь диссертационного совета

A.A. Ахкубеков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследование размерных зависимостей поверхностных свойств металлических систем актуально в связи с развитием нано-технологий, разработкой капиллярных аккумуляторов энергии, элементной базы наноэлектроники. При переходе к нанообъектам применение ряда соотношений, полученных в теории поверхностных явлений для макросистем затруднительно. Поэтому предпринимаются попытки развития теории нано-объектов различными методами: путем модернизации термодинамики поверхностных явлений, модификации электронных теорий, развития метода молекулярной динамики. Эти исследования указывают на определяющую роль поверхностных явлений в формировании физико-химических свойств нанообъектов и наносистем.

В частности с поверхностными свойствами непосредственно связана размерная зависимость температуры плавления и температуры контактного плавления (КП). И если по размерной зависимости температуры плавления имеется значительный объем как экспериментальных, так и теоретических данных, то зависимость температуры КП от размеров нанообъектов в литературе встречается крайне редко. Недостаточно изучено влияние внешних электромагнитных полей и давления на размерные эффекты температуры контактного плавления. Вместе с тем подобные данные необходимы для разработки технологии контактно реактивной пайки, при изготовлении нано-диодов и нанотранзисторов, при оптимизации технологии изготовления тонкопленочной элементной базы электроники, технологии получения объемных наноматериалов методом жидкофазного спекания нанокристаллов и т.д.

Диссертационная работа выполнена в Кабардино-Балкарском государственном университете в соответствии с планом НИР КБГУ. Работа выполнена частично при финансовой поддержке грантов Минобрнауки (РПН 2.1.2.25) «Исследование влияния концентрации наночастиц на эксплуатационные свойства полимер-полимерных систем с различной эффективной гибкостью молекул» и РФФИ №09-02-96501-а/Ю «Влияние щелочноземельных добавок на кинетику контактного плавления металлов».

Цель работы. В настоящей работе ставится задача изучить размерные зависимости поверхностной энергии и температуры контактного плавления тонкопленочных металлических систем.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. В рамках метода функционала электронной плотности (МФЭП) изучить размерные эффекты поверхностной энергии (ПЭ) и работы выхода электрона (РВЭ) тонких пленок, нанонитей и наночастиц на границе с диэлектрической средой.

2. В рамках термодинамики поверхностных явлений получить новые соотношения для размерной зависимости температуры КП.

3. Экспериментально изучить размерные зависимости температуры КП двухслойных металлических пленок.

4. Установить влияние электромагнитного поля, а также внешнего давления на размерные эффекты температуры КП.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Новые соотношения для размерной зависимости температуры КП микро- и наноструктур, полученные на основе размерных зависимостей поверхностного натяжения по Р. Толмену, В. Нонненмахеру, В. Кузнецову.

2. Установленное повышение температуры КП микро- и наноструктур в электромагнитных полях и при наличии внешних давлений.

3. Выявленные взаимосвязи между повышением межфазной энергий и уменьшением поверхностной сегрегации поверхностно-активного компонента с уменьшением толщины тонких пленок сплавов щелочных металлов.

4. Установленная линейная зависимость РВЭ алюминиевых нанонитей и наночастиц от обратного значения диэлектрической проницаемости среды.

Научная новизна полученных результатов:

1. Получены новые соотношения для размерной зависимости температуры КП на основе размерных зависимостей поверхностного натяжения по Р.Толмену, В. Нонненмахеру, В. Кузнецову.

2. На двухслойных металлических пленках экспериментально подтверждены известные и новые размерные зависимости температуры контактного плавления.

3. Выявлено влияние диэлектрической среды на размерные зависимости ПЭ и поверхностной сегрегации Сэ в пленках сплавов Ь1хСэ1.х. Показано, что при уменьшении толщины пленки поверхностная сегрегация Сб уменьшается, что приводит к увеличению ПЭ.

4. Установлено, что влияние электромагнитного поля и давления приводят к увеличению температуры КП металлических микро- и наноструктур.

5. Показано, что диэлектрическая среда приводит к уменьшению РВЭ нанонитей и наночастиц алюминия, при этом РВЭ пропорциональна обратной величине диэлектрической проницаемости.

Достоверность основных результатов. Научные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы по диссертации оригинальны и получены с использованием современных методов. Достоверность научных положений подтверждена системным подходом к исследованиям, применением аттестованных измерительных средств, анализом погрешности опытов, воспроизведением экспериментов и сопоставлением полученных результатов с независимыми данными других исследователей.

Практическая ценность результатов. Результаты НИР могут использоваться для оптимизации технологий контактно-реактивной пайки керамик и полупроводников, жидкофазного спекания микро- и нанопорошко-

вых материалов методом КП, создания новых катодных материалов, в которых для снижения РВЭ металлов используются полимерные, алмазоподоб-ные и другие диэлектрические покрытия, а также для создания новых метал-лополимерных нанокомпозиционных материалов.

Результаты работы использовались в учебном процессе при чтении спецкурса «Фазовые переходы в наноматериалах» на Физическом факультете Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова и спецкурса «Нанофизика и нанотехнологии» на факультете электронной техники СевероКавказского горно-металлургического института.

Апробация результатов. Основные результаты диссертации докладывались на: 8-ом Международном симпозиуме «Фазовые превращения в твёрдых растворах и сплавах» (ОМА-2005) 12-16 сентября, г. Сочи; 5-й Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования наноматериалов и на-носистем (РСНЭ НАНО 2005) 14-19 ноября 2005, Москва, ИК РАН; 9-м Междисциплинарном, Международном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-9) 15-23 сентября 2006, Ростов-на-Дону, п. Jloo; Харьковской нанотехнологической ассамблее: 18-м Международном симпозиуме «Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике», Харьков, 2006; Международном семинаре «Теплофизические свойства веществ», Нальчик, КБГУ, 2006; 7-й Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» 17-22 сентября, 2007г., Кисловодск; 10-ом Международном Междисциплинарном симпозиуме «Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах» (ОМА-10) 19-24 сентября

2007, Ростов-на-Дону п. Jloo; 8-й Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» 2008, 14-19 сентября, Кисловодск; 11-м Международном Междисциплинарном симпозиуме «Порядок и беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-11) 16-21 сентября

2008, п. Лоо; Первом Международном Междисциплинарном симпозиуме «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (LDS-2008) 5-9 сентября 2008, п. Лоо; 6-th International Conference «High Temperature Capillarity», Athens, 6-9 May 2009; Втором Международном симпозиуме «Плавление, кристаллизация металлов и оксидов» МСМО-2009 Ростов-на-Дону, п. Лоо, 5-9 сентября 2009; 12-ом Международном Междисциплинарном симпозиуме «Порядок и беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-12), п. Лоо, 17-22 сентября 2009; Втором Международном симпозиуме «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (LDS-2), п. Лоо, 3-8 сентября 2010; 13-ом Международном Междисциплинарном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-13), 16-21 сентября 2010; Международной научно-технической конференции «Микро- и нанотехнологии в электронике», 11-16 октября 2010.

Личный вклад автора

Диссертационная работа представляет собой в основном итог самостоятельной работы автора.

Постановка задач исследований осуществлялась научным руководителем. Экспериментальные исследования размерного эффекта температуры КП проводились совместно с P.A. Мусуковым. Соавторы статей принимали участие в обсуждении полученных результатов.

Публикации: по теме диссертации опубликовано 18 работ, пять из них - в журналах, рекомендуемых ВАК.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 5 таблиц, состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 186 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности темы, формулируются цель и задачи диссертационной работы, описана научная и практическая ценность результатов.

В первой главе приводится критический анализ литературных данных по теме диссертации. Здесь также описаны особенности эффекта контактного плавления, влияния размера на температуру контактного плавления.

Во второй главе описывается методика получения и исследования образцов. Пленки металлов напылялись на стеклянные подложки марки К-8, диаметром 20 мм. Подложки предварительно промывались и обрабатывались в кипящей дистиллированной воде, затем обрабатывались в парах изопропи-лового спирта в течение 10 мин.

Для напыления использовались металлы высокой чистоты (чистотой 99.999 %). Напыление производили на установке УВН-ЗМ методом термического испарения в вакууме 10'2 Па. Образец испаряемого вещества заправлялся в испаритель, который изготавливался из листового молибдена толщиной 100 мкм в форме лодочки. Расстояние от испарителя до подложки 10 см. Вначале напылялась пленка металла с более высокой плотностью, затем перпендикулярно первой пленке напылялась пленка металла с меньшей плотностью. Образовывалась зона контакта пленок размером 5x5 мм.

Толщина пленок измерялась микроинтерферометром МИИ-4. На пленках в зоне контакта 4-х зондовым методом измерялось электрическое сопротивление R в зависимости от температуры с использованием потенциометра Р363-2. По скачку электросопротивления при плавлении оценивалась температура КП. Для устранения окисления пленок при нагревании, образцы помещались в специальную ячейку, заполненную кремнийорганическим маслом.

В третьей главе приводятся результаты теоретических исследований влияния диэлектрической среды на ПЭ и РВЭ металлических наноструктур в рамках метода функционала электронной плотности.

В частности оценена межфазная энергия и сегрегация на границе тонкая пленка лигий-цезиевого сплава - субмонослойное диэлектрическое покрытие. Межфазная энергия оценивалась в приближении однородного фона по формуле:

1 00 х

О. = - |ф(2)[п(г) -п+ (г)]¿2 + 0.3(3я2)гп £п!/3(г) - п^'3(г)] <Ь +

-ч 1/3 о

Ш

-0.056]

п4/3(г)

пГ(г)

0.079+ п (г) 0.079 + п'/3(г)

(1)

где Схс{г5) = (2.702-0.174^)10 3, = ^тги_^ , п_(г) и п+(г) - распределение электронной плотности отрицательного и положительного зарядов на границе пленка - диэлектрическое покрытие. Из формулы (1) были получены зависимости, показанные на рис. 1-3.

10 12 14 16 18 20

Рис. 1. Размерная зависимость межфазной энергии на границе пленки сплава 1Ло.5С5о.5 - диэлектрическое покрытие: 1) вакуум; 2) покрытие с е = 1.9; 3) покрытие с £ = 81

0.70-

12 14 16 18 20

Рис. 2. Зависимость поверхностной концентрации цезия от толщины пленки сплава Ыо^Сво^: 1) покрытие с е = 81; 2) вакуум (е = 1)

а,,мДж/м2

300 п

10 12 14 16 18 20

Рис. 3. Размерная зависимость отдельных вкладов в межфазную энергию на границе пленка сплава 1ло 5С50.5 - диэлектрическое покрытие (е = 81, Н- 10 а0): 1) са, 2) аск, 3) су, 4) Ow, 5) ос, 6) ск

Распределение электростатического потенциала ф(г) на межфазной границе находилось из уравнения Пуассона, с учетом граничных условий и условий непрерывности ср(г) и ср'(г).

Оценка РВЭ из пленки в диэлектрическую среду (энергетический барьер) проводилась по формуле, полученной с использованием правила сумм:

где ^ - плотность электрического заряда на межфазной границе. Вначале полагалось, что межфазный заряд отсутствует </Л=0. О - толщина сегрегационного слоя в пленке, п0 - плотность положительного заряда в центре пленки, и, - плотность положительного заряда в поверхностном слое пленки. Е(п0) в формуле (2) - плотность кинетической, обменной и корреляционной энергий. ф(1/2-£)) и ф(1/2) - значения электростатического потенциала в точках с координатами г = £/2-£> и ¿/2.

Показано, что межфазная энергия зависит от толщины металлических пленок, зависимости с//,) удовлетворительно аппроксимируются формулой: о¡Щ/с^А + В/Ь + СИ2.

Минимизация межфазной энергии (МЭ) а,- проводилась как по вариационному параметру |3 (с шагом 0.01), так и по поверхностной концентрации х,, (с шагом 0.01), при этом вначале полагалось, что межфазный заряд д5 отсутствует. В расчетах использовалась атомная система единиц, в которой масса электрона те, е и постоянная Планка Л взяты за единицу: те = е = /г = 1, а расстояние измеряется в Боровских радиусах аа = 0.0529 нм.

На рис. 1, приводится размерная зависимость межфазной энергии тонкой пленки сплава 1л05С$0 5, а на рис. 2 зависимость поверхностной концентрации цезия от толщины пленки.

Из рис. 1 видно, что межфазная энергия с уменьшением толщины пленок возрастает. Видно также, что с увеличением диэлектрической проницаемости £ покрытия межфазная энергия снижается. Основной причиной снижения о является то, что при увеличении е концентрация цезия на поверхности (см. рис. 2) пленки увеличивается (цезий - компонент с более низкой поверхностной энергией). Из рис. 2 видно также, что с уменьшением толщины пленки поверхностная сегрегация цезия снижается и увеличивается доля лития (компонента с более высокой поверхностной энергией), что является одной из причин увеличения межфазной энергии на границе пленка — диэлектрическое покрытие с уменьшением толщины пленки. На рис. 3 показана зависимость отдельных /' вкладов в межфазную энергию а, пленки сплава 1л0.5Сзо.5 на границе с диэлектрическим покрытием (е = 81): 1) аа - вклад энергии обменного взаимодействия в о,; 2) оок - поправка на нелокальность к обменно-

Ф, = ср(1/2-£>) -^--1

1"0 .

/ \

п,

2

+ (2)

е «о

корреляционному взаимодействию, взятому в приближении Гелдарта-Резолта; 3) Оу - поправка к кинетической энергии на неоднородность поля Вейцзека-Киржница; 4) стуу - вклад корреляционного взаимодействия в а/, 5) ос - вклад собственной электростатической энергии взаимодействия электронного газа, взаимодействия электронного газа с зарядом «желе» и взаимодействия электронного газа с положительным зарядом адсорбционного слоя, который зависит от расположения гиббсовой координаты; 6) стк — вклад кинетической энергии невзаимодействующего электронного газа в а,.

Из рис. 3 видно, что с уменьшением толщины пленки вклад в су обменного взаимодействия увеличивается, а вклад кинетической энергии электронов уменьшается. Остальные вклады слабо зависят от толщины пленки. Далее приводятся оценки работы выхода электрона нанонити алюминия в зависимости от диэлектрической проницаемости среды.

Процедура вычислений включала минимизацию межфазной энергии путем варьирования параметра (5 с шагом 0.01 (обратное значение параметра р: 1/р - характеризует длину «хвоста» электронного распределения на межфазной границе) и поверхностной концентрации х5 нити сплава АЗ,.*.

Оценки проводились для случая чистого алюминия (7?0 = Я), граничащего с неполярным диэлектриком: (д,, = 0).

Результаты вычислений зависимости РВЭ от диэлектрической проницаемости среды е для нанонитей показаны на рис. 4 и 5.

3.61

Ф], эВ

2.0-

2.8-

1.2-

2 3

8

0 2 4 6

Рис. 4. Зависимость работы выхода электрона Ф) нанонити алюминия радиусом Ю.9а0 (где а0 - Боровский радиус) от £

0.2 0.4 0.6 0.8

Рис. 5. Зависимости изменения работы выхода электрона ДФ от е"1

Из рис. 4. видно, что с увеличением диэлектрической проницаемости среды е РВЭ сплавов и чистых щелочных металлов нелинейно уменьшается. Уменьшение РВЭ Ф/с) с увеличением е можно объяснить тем, что в отсутствие межфазного заряда на границе нанообъект - диэлектрическая среда определяющим является эффект «вытягивания» электронного распределения в диэлектрическую среду. Именно вследствие этого РВЭ нанообъекта снижается с увеличением диэлектрической проницаемости среды. Обработка зависимостей Ф/е) методом наименьших квадратов показывает, что они удовлетворительно аппроксимируются полиномом:

ф/е) = А+ В-е + С-Е2. (3)

Эта закономерность согласуется с данными работы В.В. Погосова и A.B. Бабича [ФММ. - 2008. - Т. 106, № 4], где приводятся оценки РВЭ алюминия на границе с диэлектрической средой.

На рис. 5 показаны результаты расчетов в виде зависимости Дф = ф;(0) - Ф;(s) (где ФДО), Ф/е) - РВЭ в отсутствии и при наличии диэлектрической среды) от обратного значения диэлектрической проницаемости ё"1 (е менялась от 1 до 6). Диэлектрическая среда рассматривалась в модели сплошной среды. Из рис. 6. видно, что зависимости ДФ(е"') линейны и удовлетворительно аппроксимируются уравнением АФ = А*-В*/г.

Коэффициенты А, можно рассматривать как максимально возможные изменения РВЭ под влиянием диэлектрической среды.

Далее в третье главе рассматривается работа выхода электрона нано-частиц алюминия на границе с диэлектрической средой. Показано, как и в случае с нанонитями, зависимость РВЭ от диэлектрической проницаемости е среды описывается уравнением (3).

При наличии зарядов на межфазной границе наблюдается смещение зависимости Ф/е) вдоль оси ординат, но зависимость (3) также выполняется.

В четвертой главе в рамках термодинамики поверхностных явлений развивается теоретическая модель размерного эффекта температуры КП.

Используя известные размерные зависимости поверхностной энергии (натяжения) и исходя из условия равновесия между кристаллической крупинкой радиуса г, представляющей твердый раствор А в В и их расплавом с учетом поверхностного давления:

где (Л - химпотенциал; ст - межфазная энергия на границе твердого и жидкого растворов компонентов; £1 - атомный объем. Верхние индексы относятся к фазам (5 - твердое, Ь - жидкое) получены соотношения размерной зависимости температуры КП, которые приводятся в таблице.

В таблице приводятся соотношения 7}щ(г), полученные с использованием наиболее часто встречающихся размерных зависимостей поверхностной энергии (натяжения). Здесь 5 - постоянная Толмена, Ео - толщина поверхностного слоя для плоской границы, Х-теплота плавления, А = 2и(<х>)0/\.

Более точные зависимости Ткп(г), видимо, можно получить с учетом размерной зависимости теплоты плавления.

(4)

Таблица

Размерные зависимости поверхностного натяжения (ПН) и температуры контактного плавления

№ а(/-)/а(со) X Автор Ткп^Ткп^) Автор

1 1/(1 + 2/х) г 8 Р. Толмен ехр - " ^ 5 11 (г + 25)1, г + 2Ь)\ [Наст, раб.]

2 1-2/* г 5 В. Фогельсбергер ехр ИИ)" [Хоконов Х.Б., Савинцев П. А., Шебзухов А.А.]

3 1-2/х + 2/х2 г 5 Л. Щербаков ехр Там же

4 (1-1/х)2 г 5 Д. Рассмусен ехр [-М Там же

5 1-2/х+2/х2(1-ехрЮ) г 8 В. Нонненмахер ехр 4 «{о-о* \)\ [Наст, раб.]

6 1/(1 + \!х)2 г ЕО В. Кузнецов ехр л > 1 П [Наст, раб.]

Уравнение, связывающее с(г) с радиусом однокомпонентной жидкой капли, было получено также С.Н. Задумкиным и Х.Б. Хоконовым [1963]:

а(г) = а(»)-(1 -В/ г +С / г2). (5)

Уравнение (5) выражает зависимость поверхностного натяжения от радиуса эквимолярной поверхности. Следует отметить, что существует проблема знака В, кроме этого, для размерной зависимости а(г) другими авторами получены иные уравнения, которые приводятся в таблице.

В частности при г» 5 из соотношения Гиббса для а(г)/а„ = ехр(-28/г) вытекает формула: а(г) = а„(1 - 281 г), в которой 5 = Г/(р! - ро) - расстояние от поверхности натяжения {с1о/с1г} = 0 до эквимолярной поверхности (Г = 0) или константа Толмена, р - плотность. Эта же формула вытекает и из других размерных соотношений ПН. Справедливость формулы Толмена подтверждена также в рамках термодинамической теории возмущений. Во многих работах полагается, что 5 > 0. Следует, отметить, что значения 5 зависят от температурного интервала и размеров объекта, и в некоторых случаях знак 5 может изменяться.

Отметим также, что для малых г А.И. Русанов показал, что: а(г) = кг; (где ¿-коэффициент пропорциональности, зависящий от температуры и состава жидкой фазы), т.е. с уменьшением размера капли поверхностное натяжение одно-компонентной жидкой фазы должно уменьшаться. В.М. Самсоновым и сотрудниками для 5 и к получено 6 = 3.8; к = 60-Ю10мДж/м3 для А1 при Т= Тпл.

Количественная оценка размерной зависимости Ткп по формулам, приведенным в таблице затруднительна, потому что параметры А и 8 не всегда являются постоянными в широком интервале размеров микро- и нанообъек-тов, так как атомный объем Г2 и теплота плавления X, входящие в А могут оказаться размернозависимыми как, например, и плотность вещества. Поэтому использовались эмпирические коэффициенты А и 8, рассчитанные нами по экспериментально обнаруженной размерной зависимости Тт в тонкопленочной системе 8п-В1. Они оказались равными^ = 1.588 нм, 5 = 1.334 нм.

Для оценки размерной зависимости Т^г), которая приводится на рис. 6, полученные значения Аид подставлялись в формулы, приведенные в таблице.

Из рис. 6 видно, что если использовать размерную зависимость поверхностного натяжения полученную Толменом, то Ткп при уменьшении размера нанообъекта, стремится к нулю. Все другие размерные зависимости поверхностного натяжения, показанные в таблице, приводят к размерной зависимости Ткп(г) проходящей через минимум. Причем точка перегиба наблюдается при г = 5 (для соотношения Кузнецова г* » £о = 1.372 нм).

Ткп^/Т^и

1.6-

1.2-

0.4-

г, нм

10

Г-20

30

I

40

50

Рис. 6. Зависимости температуры контактного плавления от толщины пленки, полученные с учетом размерного эффекта поверхностного натяжения: 1 - (В. Фогельсбергер, Л. Щербаков, Д. Расмуссен); 2 - (В. Нонненмахер); 3 — (Р. Толмен); 4 - (Кузнецов), кружками отмечены экспериментальные данные из работы Гладких

Следует отметить, что при размерах наночастиц соизмеримых с толщиной поверхностного слоя возникает проблема обоснования соотношений, приведенных в таблице, так как в этом случае проявляются ограничения термодинамического континуального подхода, связанные в частности с невозможностью выделить поверхностный слой в наночастицах с размером г < 8.

Далее в 4-й главе рассмотрено влияние электромагнитного поля на температуру КП микро- и наноструктур металлических систем.

Равенство химпотенциалов между твердой (5) и жидкой (£) фазой в этом случае записывается в виде:

[

к

2ст да — +--

г дг

871 871

(6)

Тогда из выражения (6) с учетом размерной зависимости межфазной энергии а по Р. Толмену можно получить температуру контактного плавления наноструктур 7екф) в электромагнитном поле:

Ткл(г) = Ткп(г)ы р

к

7

гЕ1 Н24 -+-

8л 8 л

(7)

где

ткп О) = Ткп(с°)ехр

2с(оо)0

Х(г + 28)

1 + -

г + 28

(8)

размерная зависимость температуры контактного плавления в отсутствии

г

поля. Зависимость Ткп (г) для тонкопленочной системы Бп-ЕН показана на рис. 7 (кривая 1).

т;(Гут„(оо)

1.6-

1.2-

0.8-

0.4-

—Г" 10

г,нм

20

30

40

50

Рис. 7. Зависимости температуры КП от напряженности электрического поля Е для пленок толщиной: г = 10 нм, Н- 0 А/м. Напряженность Е = 0 В/см (кривая 1), Е = 5.2-106 В/см (кривая 2), Е = 1.04-107 В/см (кривая 3), Е = 1.56-107 В/см (кривая 4), Е = 2.08-107 В/см (кривая 5), Е = 2.6-107 В/см (кривая 6)

Из соотношения (7) видно, что внешнее электрическое поле, независимо от направления, приводит к увеличению температуры КП наноструктур, но характер размерной зависимости температуры КП, при этом, не меняется. На рис. 8 приведены зависимости температуры КП от величины внешнего электростатического поля.

На рис. 8 приведены зависимости температуры КП от величины напряженности электрического поля Е для трех частиц радиусами соответственно г = 10 нм, 20 нм и 32 нм при #= 0 А/м. Из рис. 8 видно также, что увеличение напряженности внешнего электрического поля приводит к повышению температуры КП, но при этом характер размерной зависимости температуры КП сохраняется.

1.6-

—----•

0.8 _

Е, 107 В/см

з

-2.6 -1.56 -0.52 0 0.52

1.56

2.6

Рис. 8. Зависимость температуры КГГ от напряженности электрического поля Е, для трех частиц с размером: г = 10 нм (кривая - 1 •), г = 20 нм (кривая - 2 ■), г = 32 нм (кривая - 3 Ф)

Из рис. 7 видно, что повышение температуры КП во внешнем электрическом поле, не зависит от направления. Учитывая, что вид коэффициентов

Е2/ 8л и Я2/ 8л одинаков, аналогичные зависимости тЦц{г) будут наблюдаться и в магнитных полях.

Далее в 4 главе в рамках термодинамики поверхностных явлений рассматривается влияние давления на температуру КП микро- и наноструктур металлических систем. Используя известную размерную зависимость поверхностного натяжения по Р. Толмену и исходя из условия равновесия между кристаллической крупинкой радиуса г, представляющей твердый раствор А и В и их расплавов с учетом поверхностного давления, а также внешнего всестороннего давления:

можно получить размерную зависимость температуры КП с учетом внешнего давления Р:

где Ткц(г) оценивается по формуле (8).

В формулах (9)—(10) г - радиус частицы, о(со) - поверхностная энергия для массивного материала, X - теплота плавления твердого раствора А^В^,

(9)

(10)

П - объем, приходящий на атом в твердой фазе. Из формулы (10) видно, что характер размерных зависимостей (г) подобен тем, что получены в отсутствие внешних воздействий, но при повышении давления эти зависимости смещаются вверх по Ткп. В этом отношении закономерность подобна той, что получена при влиянии электромагнитного поля на Ткп.

В заключительной части главы приводятся экспериментальные подтверждения размерного эффекта температуры КП.

При нагревании двухслойных металлических пленок, образующих эвтектику на диаграмме состояния, наблюдается контактное плавление (КП) при температуре более низкой, чем эвтектическая температура. Экспериментально размерный эффект температуры контактного плавления (КП) наблюдался в ряде работ.

На рис. 9 показаны температурные зависимости электросопротивления двухслойной пленки Pb/Bi (снизу свинец, сверху висмут). Из рис. 9 видно, что при ТКп двухслойных металлических пленок наблюдается скачек сопротивления, и температуры КП пленок для системы Pb/Bi толщинами 250, 200 и 150 нм оказались равны 118, 110 и 97 °С соответственно, что на несколько градусов ниже эвтектической температуры Тэв. Аналогичный эффект наблюдается и в других двухслойных пленках Pb/Sn, Mg/Sil, Sn/Zn, In/Zn.

1.60 -

1.40

1.20

1.00 -

RCiyRz

T, К

300

350

400

450

Рис. 9. Зависимость относительного электросопротивления R{T)/Rm Pb/Bi от температуры (толщина пленки 1 - 150,2 - 200 нм, 3 - 250 нм)

Известно, что температура эвтектики в системе РЬ/ТН равна 7эв = 125.5 °С. Поэтому понижение температуры плавления с уменьшением толщины двухслойной пленки можно рассматривать как размерный эффект температуры КП.

На рис. 10 показаны размерные зависимости температуры КП для пленок РЬ/Бп (кривая 2) и РЬ/Ш (кривая 3), а для сравнения приводится также зависимость Т(г)/Т(<я) для пленок 1п/8п (кривая 1). Необходимые для расчета по формуле (4) значения А и 5 получены по экспериментальным данным Т(г)/Т(со), которые отложены на соответствующих кривых.

1 Т(г)/Т(оо)

0.8 -

0.6-

0.4 —

0.2-

100

200

300

Рис. 10. Размерные зависимости температуры КП для пленок 1п/5п (кривая 1), РЬ/Бп (кривая 2), РЬ/Ш (кривая 3)

Полученные экспериментальные данные по температуре КП для пленок различной толщины (от 90 до 250 нм), как видно из рисунка 10 удовлетворительно описываются размерной зависимостью:

Т'иМ^тИехР

-¿[х-*

г\ г

(11)

где 5 - постоянная Толмена, А = 2о(м)ОЛ, X - теплота плавления, ст(оо) - межфазная энергия, Тц77(00) - температура КП для массивных образцов, О. - атомный объем, г - толщина пленки.

Основные выводы

1. Выявлено, что межфазная энергия на границе пленка сплава Ь^Сб^х -диэлектрик возрастает с уменьшением толщины пленок и убывает с увеличением диэлектрической проницаемости £ покрытия.

2. Показано, что с уменьшением толщины пленки вклад в межфазную энергию О] обменного взаимодействия увеличивается, а вклад кинетической энергии электронов уменьшается. Остальные вклады слабо зависят от толщины пленки.

3. В рамках метода функционала электронной плотности первые вычислена работа выходы электрона из нанонити и наночастицы алюминия в диэлектрическую среду. Показано, что изменения работы выхода электрона линейно зависит от обратного значения диэлектрической проницаемости среды е"1.

4. В рамках термодинамики поверхностных явлений установлены новые соотношения для размерной зависимости температуры контактного плавления. Показано, что в области размеров от 100 до 20 нм все зависимости одинаково передают уменьшение температуры КП с уменьшением размеров.

5. Получена размерная зависимость температуры КП с учетом внешнего электромагнитного поля и давления. Показано, что воздействие внешнего поля, независимо от направления, а также воздействие внешнего давления, приводит к увеличению температуры КП.

6. Экспериментально установлена размерная зависимость температуры КП двухслойных металлических пленок. Показано, что экспериментально измеренные температуры КП для пленок различной толщины удовлетворительно описываются известными размерными зависимостями.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Короткое, П. К. Размерный эффект контактного плавления металлов / П. К. Коротков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Письма в ЖТФ. - 2006. -Т. 32, Вып. 2. - С. 28-32.

2. Коротков, П. К. Контактное плавление металлических микро- и наноструктур / П. К. Коротков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Известия РАН. Сер. физическая. - 2006. - Т. 70, № 4. - С. 581-583.

3. Коротков, П. К. Размерный эффект температуры фазовых превращений в контакте тонких металлических пленок / П. К. Коротков, Р. А. Му-суков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Журнал технической физики. - 2008. -Т. 78, Вып. З.-С. 99-100.

4. Коротков, П. К. Температура фазовых превращений в двухслойных тонких металлических пленках / П. К. Коротков, Р. А. Мусуков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Известия РАН. Сер. физическая. - 2008. - Т. 72, № 10. -С. 1493-1495.

5. Коротков, П. К. Работа выхода электрона нанонити алюминия на границе с диэлектрической средой / П. К. Коротков, В. А. Созаев, Р. Б. Тха-кахов, 3. А. Уянаева // Известия РАН. Сер. физическая. - 2009. - Т. 73, № 7. -С. 1038-1040.

6. Елекоева, К. М. Влияние малых добавок щелочноземельных элементов и электротока на контактное плавление металлов и фазообразование в контактных прослойлойках / К. М. Елекоева, Б. С. Карамурзов, М. С. Карданова, П. К. Коротков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Сборник научных трудов. Адгезия расплавов и пайка материалов - 2009- № 42.- С.23-38.

7. Коротков, П. К. Контактное плавление в тонкоплёночных системах / П. К. Коротков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Материалы 8-го Международного симпозиума «Фазовые превращения в твёрдых растворах и сплавах» (ОМА-2005). 12-16 сентября. - Сочи, 2005. - часть 1. - С. 179-182.

8. Канчукоев, В. 3. Влияние электрического поля на температуру контактного плавления микро- и наноструктур 1 В. 3. Канчукоев, П. К. Коротков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Вестник КБГУ. Серия Физические Науки. Нальчик: Каб.Балк. ун-т, 2005. - Вып. 10. - С. 18-19.

9. Коротков, П. К. Эффект понижения температуры контактного плавления в тонкопленочной системе олово-индий / П. К. Коротков, Р. А. Мусу-ков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Харьковская нанотехнологическая ассамблея: 18-й Международный симпозиум «Тонкие пленки в оптике и нано-электронике». - Харьков, 2006.-С. 152-153.

10. Ачеева, Э. А. Размерный эффект температуры контактного плавления металлов / Э. А. Ачеева, П. К. Коротков, Р. А. Мусуков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Труды международного семинара «Теплофизические свойства веществ». - Нальчик: Каб.Балк. ун-т, 2006. - С. 141-144.

11. Коротков, П. К. Размерный эффект температуры фазовых превращений в контакте тонких металлических пленок / П. К. Коротков, Р. А. Мусуков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Труды 10-го Международного междисциплинарного симпозиума «Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах» (ОМА-Ю) 19-24 сентября. - Ростов-на-Дону-п. Лоо, 2007. -Т. 3. - С. 91-93.

12. Коротков, П. К. Температура фазовых превращений в контакте тонких металлических пленок / П. К. Коротков, Р. А. Мусуков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Вестник КБГУ. Серия Физические науки. - Вып. 11. -Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2008. - С. 45-47.

13. Коротков, П. К. Работа выхода электрона нанонитей алюминия на границе с диэлектрической средой / П. К. Коротков, Р. Б. Тхакахов, 3. А. Уянаева, В. А. Созаев // Материалы 1-го Международного Междисциплинарного симпозиума «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (ЦЭ8-2008) 5-9 сентября 2008. - п. Лоо, 2008. - С. 149-152.

14. Елекоева, К. М. Контактно-реактивная пайка изделий электронной техники к алюминиевым основаниям / К. М. Елекоева, П. К. Короткое, Р. А. Мусуков, Т. А. Орквасов, М. X. Понежев, В. А. Созаев // Материалы XII Международного Междисциплинарного симпозиума «Порядок и беспорядок и свойства оксвдов» (СЮРО-12), 17-22 сентября 2009. - п. Лоо, 2009. - Т. 2. - С. 55-60.

15. Короткое, П. К. Межфазная энергия и сегрегация на границе тонкая пленка литий-цезиевого сплава-субмонослойное диэлектрическое покрытие / П. К. Короткое, В. К. Кумыков, А. Р. Манукянц, В. А. Созаев // Второй Международный симпозиум «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (ЫЭ8-2), 3-8 сентября 2010. - п. Лоо, 2010. - С. 237-240.

16. Елекоева, К. М. О корреляции между температурами плавления эв-тектик и контактного плавления двухслойных металлических пленок / К. М. Елекоева, П. К. Коротков, Р. А. Мусуков, В. А. Созаев // Второй Международный симпозиум «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (1ЛЭ5-2), 3-8 сентября 2010. - п. Лоо, 2010. - С. 133-134.

17. Гудиева, О. В. Размерный эффект температуры контактного плавления металлов, находящихся под давлением / О. В. Гудиева, П. К. Коротков, В. А. Созаев // Международная научно-техническая конференция «Микро- и нанотехнологии в электронике», 11-16 октября 2010,- Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2010.-С. 45^16.

18. Кашежев, А. 3. Работа выхода электрона наночастиц алюминия на границе с диэлектрической средой / А. 3. Кашежев, П. К. Коротков, В. А. Созаев, Р. Б. Тхакахов // Международная научно-техническая конференция «Микро- и нанотехнологии в электронике», 11-16 октября 2010. - Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2010. - С. 66-68.

В печать 22.11.2010. Тираж 100 экз. Заказ № 6127. Полиграфический участок ИПЦ КБГУ 360004, г. Нальчик, ул. Чернышевского, 173.

 
Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Коротков, Павел Константинович

Введение

Глава 1. Фазовые превращения в микро- и наноструктурах.

1.1. Размерный эффект температуры плавления наночастиц.

1.2. О модели наночастицы «твердое ядро-оболочка расплава».

1.3. Размерный эффект плавления в тонкопленочных системах.

1.4. Контактное плавление как наноразмерный эффект.

1.4.1. Контактное плавление в тонких пленках индий-кадмий.

1.4.2. Размерный эффект контактного плавления тонких пленок висмута и индия на кремнии.

1.4.3. Образование очагов жидкой фазы на начальной стадии контактного плавления как размерный эффект. Стадийность процесса контактного плавления.

1.5. Оценки размерного эффекта поверхностной энергии и работы выхода электрона в рамках метода функционала электронной плотности.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Методика проведения экспериментальных исследований.

2.1. Методика напыления металлических пленок на стеклянные подложки.

2.2. Методика измерения сопротивления в тонких пленках.

2.3. Методика измерения толщины тонких пленок.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Влияние диэлектрической среды на поверхностную энергию и работу выхода электрона металлических микро- и наноразмерных систем.

3.1. Межфазная энергия и сегрегация на границе тонкая пленка литий-цезиевого сплава-субмонослойное диэлектрическое покрытие.

3.2. Работа выхода нанонити алюминия на границе с диэлектрической средой.

3.3. Работа выхода электрона наночастиц алюминия на границе с диэлектрической средой.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Размерный эффект температуры контактного плавления

4.1. Теоретическая модель размерного эффекта температуры контактного плавления.

4.2. Количественная оценка размерной зависимости температуры контактного плавления.

4.3. Влияние электромагнитного поля на температуру контактного плавления микро- и наноструктур.

4.4. Размерный эффект температуры контактного плавления металлов, находящихся под давлением.

4.5. Экспериментальные подтверждения размерного эффекта температуры контактного плавления.

Выводы по главе 4.

 
Введение диссертация по физике, на тему "Поверхностная энергия и температура плавления малоразмерных фаз металлических систем"

Актуальность темы

Исследование размерных зависимостей поверхностных свойств металлических систем актуально в связи с развитием нанотехнологий, разработкой капиллярных аккумуляторов энергии, элементной базы наноэлектроники [1-16]. При переходе к нанообъектам применение ряда соотношений, полученных в теории поверхностных явлений для макросистем затруднительно. Поэтому предпринимаются попытки развития теории нанообъектов различными методами: путем модернизации термодинамики поверхностных явлений [17-20], модификации электронных теорий [8,16,21,22], развития метода молекулярной динамики [23,24]. Эти исследования указывают на определяющую роль поверхностных явлений в формировании физико-химических свойств нанообъектов и наносистем.

В частности с поверхностными свойствами непосредственно связана размерная зависимость температуры плавления и температуры контактного плавления (КП). И если по размерной зависимости температуры плавления имеется значительный объем как экспериментальных, так и теоретических данных, то зависимость температуры КП от размеров нанообъектов в литературе встречается крайне редко. Недостаточно изучено влияние внешних электромагнитных полей и давления на размерные эффекты температуры контактного плавления. Вместе с тем подобные данные необходимы для разработки технологии контактно реактивной пайки, при изготовлении нанодиодов и нанотранзисторов, при оптимизации технологии изготовления тонкопленочной элементной базы электроники, технологии получения объемных наноматериалов методом жидкофазного спекания нанокристаллов и т.д.

Диссертационная работа выполнена в Кабардино-Балкарском государственном университете в соответствии с планом НИР КБГУ. Работа выполнена частично при финансовой поддержке грантов Минобрнауки (РПН 2.1.2.25) «Исследование влияния концентрации наночастиц на эксплуатационные свойства полимер-полимерных систем с различной эффективной гибкостью молекул» и РФФИ №09-02-96501-а/Ю «Влияние щелочноземельных добавок на кинетику контактного плавления металлов». Цель работы

В настоящей работе ставится задача изучить размерные зависимости поверхностной энергии и температуры контактного плавления тонкопленочных металлических систем.

Для достижения указанной цели решались следующие задачи:

1. В рамках метода функционала электронной плотности (МФЭП) изучить размерные эффекты поверхностной энергии (ПЭ) и работы выхода электрона (РВЭ) тонких пленок, нанонитей и наночастиц на границе с вакуумом и диэлектрической средой.

2. В рамках термодинамики поверхностных явлений получить новые соотношения для размерной зависимости температуры КП.

3. Экспериментально изучить размерные зависимости температуры КП двухслойных металлических пленок.

4. Установить влияние электромагнитного поля, а также внешнего • давления на размерные эффекты температуры КП.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Новые соотношения для размерной зависимости температуры КП микро- и наноструктур, полученные на основе размерных зависимостей поверхностного натяжения по Р. Толмену, В. Нонненмахеру, В. Кузнецову.

2. Установленное повышение температуры КП микро- и наноструктур в электромагнитных полях и при наличии внешних давлений.

3. Выявленные взаимосвязи между повышением межфазной энергии и уменьшением поверхностной сегрегации поверхностно-активного компонента с уменьшением толщины тонких пленок сплавов щелочных металлов.

4. Установленная линейная зависимость РВЭ алюминиевых нанонитей и наночастиц от обратного значения диэлектрической проницаемости среды.

Научная новизна полученных результатов:

1. Получены новые соотношения для размерной зависимости температуры КП на основе размерных зависимостей поверхностного натяжения по Р.Толмену, В. Нонненмахеру, В. Кузнецову.

2. На двухслойных металлических пленках экспериментально подтверждены известные и новые размерные зависимости температуры контактного плавления.

3. Выявлено влияние диэлектрической среды на размерные зависимости ПЭ и поверхностной сегрегации Сб в пленках сплавов Ь^Сб^х. Показано, что при уменьшении толщины пленки поверхностная сегрегация Сз уменьшается, что приводит к увеличению ПЭ.

4. Установлено, что влияние электромагнитного поля и давления приводят к увеличению температуры КП металлических микро- и наноструктур.

5. Показано, что диэлектрическая среда приводит к уменьшению РВЭ нанонитей и наночастиц алюминия, при этом РВЭ пропорциональна обратной величине диэлектрической проницаемости. Достоверность основных результатов

Научные положения, результаты теоретических и экспериментальных исследований, выводы по диссертации оригинальны и получены с использованием современных методов. Достоверность научных положений подтверждена системным подходом к исследованиям, применением аттестованных измерительных средств, анализом погрешности опытов, воспроизведением экспериментов и сопоставлением полученных результатов с независимыми данными других исследователей. Практическая ценность результатов

Результаты НИР могут использоваться для оптимизации технологий контактно-реактивной пайки керамик и полупроводников, жидкофазного спекания микро- и нанопорошковых материалов методом КП, создания новых катодных материалов, в которых для снижения РВЭ металлов используются полимерные, алмазоподобные и другие диэлектрические покрытия, а также для создания новых металлополимерных нанокомпозиционных материалов.

Результаты работы использовались в учебном процессе при чтении спецкурса «Фазовые переходы в наноматериалах» на Физическом факультете Кабардино-Балкарского государственного университета им. Х.М. Бербекова и спецкурса «Нанофизика и нанотехнологии» на факультете электронной техники Северо-Кавказского горно-металлургического института.

Апробация результатов

Основные результаты диссертации докладывались на: 8-ом Международном симпозиуме «Фазовые превращения в твёрдых растворах и сплавах» (ОМА-2005) 12-16 сентября, г. Сочи; 5-й Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования наноматериалов и наносистем (РСНЭ НАНО 2005) 14-19 ноября 2005, Москва, ИК РАН; 9-ом Междисциплинарном, Международном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-9) 15-23 сентября 2006, Ростов-на-Дону, п. Лоо; Харьковской нанотехнологической ассамблее: 18-ом Международном симпозиуме «Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике» Харьков, 2006; Международном семинаре «Теплофизические свойства веществ», Нальчик, КБГУ, 2006; 7-й Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» 17-22 сентября, 2007г., Кисловодск; 10-ом Международном Междисциплинарном симпозиуме «Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах» (ОМА-10) 19-24 сентября 2007, Ростов-на-Дону п. Лоо; 8-й Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» 2008, 14-19 сентября, Кисловодск; 11-ом Международном Междисциплинарном симпозиуме «Порядок и беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-11) 16-21 сентября 2008, п. Лоо; Первом Международном Междисциплинарном симпозиуме «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (LDS-2008) 5-9 сентября 2008 п. Лоо; 6-th International Conference «High Temperature Capillarity», Athens, 6-9 May 2009; Втором Международном симпозиуме «Плавление, кристаллизация металлов и оксидов» МСМО-2009 Ростов-на-Дону, п. Лоо, 5-9 сентября 2009; 12-ом Международном Междисциплинарном симпозиуме «Порядок и беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-12), п. Лоо, 17-22 сентября 2009; Втором Международном симпозиуме «Физика низкоразмерных систем и поверхностей» (LDS-2), п. Лоо, 3-8 сентября 2010; 13-ом Международном Междисциплинарном симпозиуме «Порядок, беспорядок и свойства оксидов» (ODPO-13), 16-21 сентября 2010; Международной научно-технической конференции «Микро- и нанотехнологии в электронике», 11-16 октября 2010.

Личный вклад автора

Диссертационная работа представляет собой в основном итог самостоятельной работы автора.

Постановка задач исследований осуществлялась научным руководителем. Экспериментальные исследования размерного эффекта температуры КП проводились совместно с P.A. Мусуковым. Соавторы статей принимали участие в обсуждении полученных результатов.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 18 работ, пять из них - в журналах, рекомендуемых ВАК.

Объем и структура диссертации

Диссертационная работа изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков и 5 таблиц, состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы из 186 наименований.

 
Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

Основные выводы

1. Выявлено, что межфазная энергия на границе пленка сплава 1лхСз1.х -диэлектрик возрастает с уменьшением толщины пленок и убывает с увеличением диэлектрической проницаемости в покрытия.

2. Показано, что с уменьшением толщины пленки вклад в межфазную энергию о, обменного взаимодействия увеличивается, а вклад кинетической энергии электронов уменьшается. Остальные вклады слабо зависят от толщины пленки.

3. В рамках метода функционала электронной плотности впервые вычислена работа выхода электрона из нанонити и наночастицы алюминия в диэлектрическую среду. Показано, что изменение работы выхода электрона линейно зависит от обратного значения диэлектрической проницаемости среды в"1.

4. В рамках термодинамики поверхностных явлений установлены новые соотношения для размерной зависимости температуры контактного плавления. Показано, что в области размеров от 100 до 20 нм все зависимости качественно одинаково передают уменьшение температуры КП с уменьшением размеров.

5. Получена размерная зависимость температуры КП с учетом внешнего электромагнитного поля и давления. Показано, что воздействие внешнего поля, независимо от направления, а также воздействие внешнего давления, приводит к увеличению температуры КП.

6. Экспериментально установлена размерная зависимость температуры КП двухслойных металлических пленок. Показано, что экспериментально измеренные температуры КП для пленок различной толщины удовлетворительно описываются известными размерными зависимостями.

 
Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Коротков, Павел Константинович, Нальчик

1. Ахкубеков, А. А. Контактное плавление металлов и наноструктур на их основе / А. А. Ахкубеков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев. - М.: Физматлит, 2008.- 152 с.

2. Богомолов, В. Н. Жидкости в ультратонких каналах / В. Н. Богомолов // УФН,- 1978.-Т. 124, № 1.-С. 171-182.

3. Богомолов, В. Н. Поверхностное натяжение и капиллярные эффекты в ультратонких каналах / В. Н. Богомолов // Поверхность. 1992. - № 9. -С. 136-141.

4. Bogomolov, V. N. Capillary phenomena in extremely thin zeolite channels and metal dielectric interaction / V. N. Bogomolov // Phys. Rev. B. -1995.-V. 51, №23.-P. 17040-17045.

5. Борман, В. Д. Исследования перколяционного перехода в системе несмачивающая жидкость нанопористое тело / В. Д. Борман, А. М. Грехов, В. И. Троян // ЖЭТФ. - 2000. - Т. 118, В 1(7). - С. 193196.

6. Неволин, В. К. Двухэлементные электроды наноэлектроники на основе квантовых проводов / В. К. Неволин // Микроэлектроника,- 1999. — Т. 28, №4.-С. 293-300.

7. Погосов, В. В. Введение в физику зарядовых и размерных эффектов. Поверхность, кластеры, низкоразмерные системы / В. В. Погосов. М.: Физматлит, 2006. - 328 с.

8. Zabala, N. Electronic structure of cylindrical simple metal nanowires in the stabilized jellium model / N. Zabala, M. J. Puska, R. M. Nieminen // Phys. Rev. В. - 1999.-V. 59, № 19.-P 12652-12660.

9. Смогунов, A. H. Электронная структура и поляризуемость квантовых металлических нитей / А. Н. Смогунов, Л. И. Куркина, О. В. Фарберович // ФТТ. 2000. - Т. 42, В. 10.-С. 1848-1856.

10. Созаев, В. А. Влияние диэлектрической среды на поверхностные свойства тонких металлических нитей / В. А. Созаев, В. В. Чернов, Д. В. Яганов // Труды XI Межнационального совещания «Радиационная физика твердого тела». Севастополь, 2001. — С. 117-122.

11. Ролдугии, В. И. Квантоворазмерные металлические коллоидные системы / В. И. Ролдугин // Успехи химии.- 2000.- №69, В. 10. — С. 899-923.

12. Сумм, Б. Д. Объекты и методы коллоидной химии в нанохимии / Б. Д. Сумм, Н.И.Иванова // Успехи химии. 2000.- № 69, В. 11.-С. 995-1008.

13. Гусев, А. И. Эффекты нанокристаллического состояния в компактных металлах и соединениях / А. И. Гусев // Успехи физических наук. -1998.-Т. 168, № 1.-С. 55-83.

14. Погосов, В. В. Теоретическое исследование свойств многоатомных комплексов с поверхностью значительной кривизны: кластеры, вакансии: автореф. дис. . доктора физ. мат. наук: 01.04.14 / Погосов В.В.-М., 1997.-42 с.

15. Shmelzer, Jurn W. P. Curvature dependent surface tension and Nucleation Theory / Jurn W. P. Shmelzer, I. Gutzow, Jum Jn. Shmelzer // Journal of colloid and interface science. - 1996. - V. 178. - P. 657-665.

16. Нагаев, Э. JT. Малые металлические частицы / Э.Л.Нагаев // УФН.-1992. Т. 162, № 9. - С. 49-121.

17. Байдаков, В. Г. Новое приближение в размерной зависимости поверхностного натяжения / В. Г. Байдаков, В. Ш. Болтачев // Доклады РАН. 1998. - Т. 3, № 6. - С. 753-756.

18. Быков, Т. В. Поверхностное натяжение, длина Толмена и эффективная константа жесткости поверхностного слоя капли с большим радиусом кривизны / Т. В. Быков, А. К. Щекин // Неорганические материалы. -1999. Т. 35, № 6. - С. 758-763.

19. Johnson, W. С. Interfacial stress, interfacial energy and phaseequilibria in binary alloys / W. C. Johnson, P. W. Voorhees // J. Statist. Phys. 2000. -V. 95, № 5-6.-P. 1281-1309.

20. Kiejna, A. On the temperature dependence of the ionization potential of self -compressed solid and liquid metallic clusters / A. Kiejna, V. V. Pogosov // J. Phys. Condens. Matter. - 1996. - V. 8. - P. 4245-4257.

21. Иванов, В. К. Оптимизированная модель «желе» для металлических кластеров / В. К. Иванов, В. А. Харченко, А. Н. Игнатов, М. JI. Жижин // Письма в ЖЭТФ. 1994. - Т. 60, № 5. - С. 345-351.

22. Ballone, P. Temperature and segregation effects in alkali metal microclusters from ab - initio molecular dynamic simulations / P. Ballone, W. Andreoni, M. Parrinello // Europhysic Letters.- 1989.- V. 8(1).- P. 73-78.

23. Khanra Balal, C. Role of adsoiption on surface composition of Pd Cu nanoparticles / C. Khanra Balal, M. Menon // Physica B. - 1999. - V. 270, №3-4.-P. 307-312.

24. Pawlow P. // Zs.Phys.Chem. 1909. Bd 65, No. l.-S. 1; 1910. - Bd 68, No. 3.-S. 316.

25. Hanszer K. -J. // Zs. Phys. 1960. Bd 157, No. 5. - S. 523.

26. Wronski, C. R. M. The size dependence of the melting point of small particles of tin / C. R. M. Wronski // Brit. J. Appl. Phys. 1967. - V. 18, No. 12. -P. 1731-1737.

27. Coombes, С. J. The melting of small particles of lead and indium / C. J. Coombes // J. Phys. F: Metal. Phys. 1972. - V. 2, No. 3. - P. 441-449.

28. Hill, T. L. Thermodynamics of Small systems / L. T. Hill. Dover Publications, New York, 1994. - 416 pp.

29. Lai, S. L. Size-dependent melting nanocalorimetric measurements / S. L. Lai, J. V. Guo, V. Petrova, G. Ramanath, L. H. Allen // Phys. Rev. Lett. 1996. -V. 77.-P. 99-102.

30. Patterson, В. M. Melting and freezing behavior of ultrafme granular metal films / В. M. Patterson, К. M. Unruh, S. I. Shah // Nanostruct. Mater. -1992.-V. 1, No. l.-P. 65-70.

31. Gladlcikh, N. T. Nachweis großer Schmelzpunkt serniedrigungen bei dünnen Metallschichten / N. Т. Gladkikh, R. Niedermayer, K. Spiegel // Phys. stat. sol.- 1966.-V. 15, No. l.-P. 181-192.

32. Бойко, Б. Т. О плавлении осажденных пленок индия докритической толщины / Б. Т. Бойко, А. Т. Пугачев, В. М. Братыхин // ФТТ. 1968. -Т. 10, № 12.-С. 3567.

33. Blackman, М. Melting of very small particles during evaporation at constant temperature / M. Blackman, J. R. Sambles // Nature.- 1970.- V. 226, No. 5249.-P. 938-939.

34. Buffat, P. Size effect on the melting temperature of gold particles / P. Buffat, J. Вorel // Phys. Rev. A. 1976. - V. 13, No. 6. - P. 2287-2298.

35. Ковер да, В. П. Влияние флуктуаций и неравномерных столкновений на сплавление маленьких металлических кристаллов / В. П. Коверда, В.Н.Скоков, В. П. Скрипов // ФММ. 1981.- Т. 51, №6.- С. 12381244.

36. Skripov, V. P. Size effect on melting of small particles / V. P. Skripov, V. P. Koverda, V. N. Skokov // Phys. stat. sol (a). 1981. - V. 66, No. 1. -P. 109-118.

37. Скоков, В. H. Жидкокристаллические фазовые переходы на островках пленок галлия / В. Н. Скоков, В. П. Коверда, В. П. Скрипов // ФТТ. -1982. Т. 24, № 3. - С. 562-567.

38. Коверда, В. П. Кристаллизация маленьких частиц на островковых пленках олова, свинца и висмута / В. П. Коверда, В. Н. Скоков,

39. B. П. Скрипов // Кристаллография. 1982. - Т. 27, № 2. - С. 358-362.

40. Castro, Т. Size-dependent melting temperature of individual nanometer-sized metallic clusters / T. Castro, R. Reifenberger, E. Choi, R. P. Andres // Phys. Rev. B. 1990. - V. 42.-No. 13.-P. 8548-8556.

41. Tartaglino, U. Material surfaces and nanosystems close to the, melting temperature / U. Tartaglino, T. Zykova-Timan, F. Ercolessi, E. Tosatti // Journal of materials science. -2005.- V. 40.-P. 2141-2147.

42. Богомолов, В. H. Размерный эффект температуры плавления 9 Ангстремных металлических частиц / В. Н. Богомолов, А. И. Задорожний, А. А. Капанадзе и др. // ФТТ. 1976. - Т. 18, № 10.1. C. 3050-3053.

43. Ercolessi, F. Melting of small gold particles: Mechanism and size effects / F. Ercolessi, V. Andreoni, E. Tosatti // Phys. Rev. Lett.- 1991.- V. 66, No. 7.-P. 911-914.

44. Frenken, J. W. M. Observation of surface-initiated melting / J. W. M. Frenken, J. F. van der Veen // Phys. Rev. Lett.- 1985.- V. 54, No. 2.-P. 134-137.

45. Frenken, J. W. M. Observation of surface-initiated melting / J. W. M. Frenken, P. M. Maree, J. F. van der Veen // Phys. Rev. B. 1986. -V. 34, No. 11.-P. 7506-7516.

46. Zhu, D-M. Surface melting and roughening of adsorbed argon films / Da-Ming Zhu, J. G. Dash // Phys. Rev. Lett. 1986. - V. 57, No. 23. - P. 29592962.

47. Krim, J. Triple-point wetting and surface melting of oxygen films adsorbed on graphite / J. Krim, J. Coulomb, J. Bouzidi // Phys. Rev. Lett. 1987. - V. 58, No. 6.-P. 583-586.

48. McRae, E. G. A new phase transition at Ge(lll) surface observed by low-energy-electron diffraction / E. G. McRae, R. A. Malic // Phys. Rev. Lett. -1987. V. 58, No. 14. - P. 1437-1439.

49. Zhu D-M. Surface melting of neon and argon films: Profile of the crystal-melt interface / Da-Ming Zhu, J. G. Dash // Phys. Rev. Lett. 1988. - V. 60, No. 5.-P. 432-435.

50. Самсонов, В. M. Термодинамическая модель кристаллизации и плавления малой частицы / В. М. Самсонов, О. А. Маликов // Расплавы. 2005. - № 2. - С. 71-79.

51. Скрипов, В. П. Спонтанная кристаллизация переохлажденных жидкостей / В. П. Скрипов, В. П. Коверда. М.: Наука, 1984. - 567 с.

52. Пригожин, И. Введение в термодинамику необратимых процессов. Серия «Регулярная и хаотическая динамика» / И. Пригожин. М.: Ижевск, 2001. - 66 с.

53. Леонтович, М. А. Введение в термодинамику. Статистическая физика / М. А. Леонтович. -М.: Наука, 1983. -416 с.

54. Климонтович, Ю. Л. Статистическая физика / Ю. Л. Климонтович. М.: Наука, 1982.-680 с.

55. Стратонович, Р. Л. Нелинейная неравновесная термодинамика / Р. Л. Стратонович. М.: Наука, 1985. - 480 с.

56. Хаазе, Р. Термодинамика необратимых процессов / Р. Хаазе. М.: Мир, 1967.-544 с.

57. Дьярмати, И. Неравновесная термодинамика / И. Дьярмати. М.: Мир, 1974.-304 с.

58. Русанов, А. И. Фазовые равновесия и поверхностные явления /

59. A. И. Русанов. Л.: Химия, 1967. - 388 с.

60. Скрипов, В. П. Спонтанная кристаллизация переохлажденных жидкостей / В. П. Скрипов, В. П. Коверда. М.: Наука, 1984. - 230 с.

61. Peters, К. F. Melting of Pb nanocrystals / К. F. Peters, J. B. Cohen, Yip-Wah Chang // Phys. Rev. В 21. - 1998. - 57. - P. 13430-13438.

62. Регель, А. Р. Периодический закон и физические свойства электронных расплавов / А. Р. Регель, В. М. Глазов. М.: Наука, 1978. - 308 с.

63. Попель, С. И. Поверхностные явления в расплавах / С. И. Попель. М.: Металлургия, 1994. - 432 с.

64. Киттель, Ч. Введение и физику твердого тела /Ч. Киттель. М.: Наука, 1978.-792 с.

65. Коверда, В. П. Плавление маленьких частиц олова / В. П. Коверда,

66. B. Н. Скоков, В. П. Скрипов // Кристаллография. 1980. - Т. 25. - № 5.1. C. 1024-1029.

67. Найдич, Ю. В. Капиллярные явления в процессах роста и плавления кристаллов / Ю. В. Найдич, В. М. Перевертайло, Н. Ф. Григоренко. -Киев: Наукова Думка, 1983. 100 с.

68. Хоконов, X. Б. Методы измерения поверхностной энергии и натяжения металлов и сплавов в твердом состоянии / X. Б. Хоконов // В кн.:

69. Поверхностные явления в расплавах и возникающих из них твердых фазах. Кишинев: Штиинца, 1994. - С. 190-261.

70. Ben David T., Lereart Y., Deutscher G. et. al. // Phil. Mag. A 1995. - V. 71, №5.-P. 1135-1143.

71. Ахкубеков, A. A. К вопросу о начальной стадии контактного плавления кристаллов / А. А. Ахкубеков, M. М. Байсултанов, М.

72. A. В. Зубхаджиев, 3. М. Кумыков // Вестник КБГУ. Сер. Физические науки. 2003. - Вып. 8. - С. 24-30.

73. Шидов, X. Т. Контактное плавление в тонких пленках In-Cd / X. Т. Шидов, П. А. Савинцев, К. А. Гетажеев // Сб.: Материалы конференции по физике. Нальчик: КБГУ. 1972. - с. 71-75.

74. Орквасов, Т. А. Контактное плавление в системе Bi—In—Si / T. A. Орквасов, 3. M. Хамдохов, Ю. M. Динаев, Д. В. Яганов, X. Т. Шидов // Тезисы докладов 9-ой Всероссийской конференции, Екатеринбург, 15-18 сентября, 1998.

75. Гладких, Н. Т. Исследование двухкомпонентных диаграмм состояния с применением конденсированных пленок / Н. Т. Гладких, С. П. Чижик,

76. B.И.Ларин, Л.К.Григорьева, В.Н.Сухов // ДАН СССР.- 1985. -Т. 280, №4.-С. 858-861.

77. Гладких, Н. Т. Исследование диаграмм плавкости с использованием двухслойных пленок / Н. Т. Гладких, А. В. Кунченко, В. И. Лазарев, А. Л. Самсоник, В. Н. Сухов // Металлофизика и новейшие технологии. 1995.-Т. 17.-№3.-С. 54-60.

78. Патент на изобретение № 2278444 1Ш, С1 Н01Ь 21/52. Способ бессвинцовой пайки полупроводникового кристалла к корпусу / Рягузов А. В. и др; заявл. 11.01.2005; опубл. 20.06.2006, Бюл. № 17. 4 с.

79. Зенин, В. В. Конструктивно-технологические аспекты сборки полупроводниковых изделий: электронный ресурс.: учеб. пособие /

80. B. В. Зенин, А. В. Рягузов. Воронеж: ВГТУ, 2005. - 353 с.

81. Зенин, В. В. Пайка кристаллов полупроводниковых приборов и ИС с образованием эвтектики кремний золото / В. В. Зенин, А. В. Рягузов, О. В. Хишхо // Твердотельная электроника и микроэлектроника: межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ, 2005. - С. 202-206.

82. Рягузов, А. В. Бессвинцовые припои в технологии сборки полупроводниковых изделий / А. В. Рягузов // Индустрия наносистем и материалы; материалы Всерос. конф. инновационных проектов аспирантов и студентов. М.: МИЭТ, 2005. - С. 162-166.

83. Рягузов, А. В. Пайка кристаллов на основания корпусов с образованием эвтектики БЬ-Аи / А. В. Рягузов // Микроэлектроника и информатика: материалы XIII Всерос. межвуз. науч. -техн. конф. М.: МИЭТ, 2006.1. C. 107.

84. Рягузов, А. В. Модификация процесса бессвинцовой пайки кристаллов к основаниям корпусов силовых полупроводниковых приборов: автореф. дис. . канд. физ.-мат. наук: 05.27.01: защищена 12.02.06 / Рягузов Александр Владимирович. Воронеж, 2006. - 16 с.

85. Кон, В. Электронная структура вещества волновые функции и функционалы плотности / В. Кон. // УФН. - 2002.- Т. 172, №3.-С. 336-348.

86. Вакилов, А. Н. Теоретические методы в физике поверхности / А. Н. Вакилов, М. В. Мамонова, В. В. Прудников, И. А. Прудникова. -Омск: ОМГУ, 2001.- 123 с.

87. Ухов, В. Ф. Электронно-статистическая теория металлов и ионных кристаллов / В. Ф. Ухов, Р. М. Кобелева, Г. В. Дедков, А. И. Темроков. -М.: Наука, 1982.- 160 с.

88. Лундквист, С. Теория неоднородного электронного газа / Под ред. С. Лундквиста, Н. Марча. М.: Мир, 1984. - 400 с.

89. Kiejna, A. Surface properties of alkali métal alloys / A. Kiejna, K. Wojciechowski // J. Phys. C. Solid State Phys. 1983. - V. 16. - P. 68836896.

90. Yamauchi, H. Surface ségrégation in jellium binary solid solutions / H. Yamauchi. //Phys. Rev. 1985. -V. 31, № 12. - P. 7688-7694.

91. Дигилов, P. M. К теории поверхностной сегрегации сплавов щелочных металлов / Р. М. Дигилов, В. А. Созаев // Поверхность.- 1988. — Вып. 7. С. 42-46.

92. Kiejna, A. Response of a stabilized jellium surface to a static electric field / A. Kiejna // Surf. Sei. 1995. - № 1-5. - P. 6765-6569.

93. Kiejna, A. Surface stress of stabilized jellium / A. Kiejna, P. Ziesche // Solid St. Commun. 1993. - V. 88, № 2. - P. 143-147.

94. Погосов, В. В. К теории самосжимающихся твердых и жидких металлических кластеров / В.В. Погосов // ФТТ. 1995. - Т. 37, № 9. -С.2807-2813.

95. Кашежев, А. 3. Поверхностные свойства сплавов щелочных металлов /

96. A. 3. Кашежев, А. X. Мамбетов, В. А. Созаев, Д. В. Яганов // Поверхность.-2001. -№ 12.-С. 53-59.

97. Дигилов, Р. М. Индуцированная поверхностная сегрегация в сплавах щелочных металлов / Р. М. Дигилов, В. А. Созаев // Поверхность. -1992.-Вып. 4.-С. 22-25.

98. Созаев, В. А. Межфазная энергия и энергетический барьер на границе металлическая наноструктура диэлектрик / В. А. Созаев, Р. А. Чернышова, Д. В. Яганов // Известия Вузов. Материалы электронной техники. - 2003. - № 4. - С. 61-64.

99. Лошицкая, К. П. Влияние диэлектрических покрытий на концентрационные зависимости межфазной энергии и работы выхода электрона тонких пленок сплавов щелочных металлов / К. П. Лошицкая,

100. B. А. Созаев, Р. А. Чернышова // Поверхность. 2005. - № 9. - С. 104108.

101. Канчукоев, В. 3. Влияние электрического поля на поверхностную энергию и работу выхода электрона тонких пленок сплавов щелочных металлов / В. 3. Канчукоев, А. 3. Кашежев, А. X. Мамбетов, В. А. Созаев // Письма в ЖТФ. 2001. - Т. 28, № 12.-С. 57-61.

102. Фоменко, В. С. Эмиссионные свойства материалов. Справочник / В. С. Фоменко. Киев: Наукова Думка, 1981.-362 с.

103. Кашежев, А. 3. Концентрационная зависимость работы выхода электрона сплавов алюминий-литий / А. 3. Кашежев, К. П. Лошицкая, В. А. Созаев. // Вестник КБГУ. Сер. Физические науки. Нальчик: КБГУ. 2007. - № 11. - С. 8-9.

104. Бондаренко, Г. Г. Эмиссионные свойства алюминий литиевого сплава / Г. Г. Бондаренко, А. В. Шишков // Поверхность - 1995. - №5. - С. 35-38.

105. Партенский, М. Б. Некоторые вопросы электронной теории металлической поверхности / М. Б. Партенский // Поверхность. — 1982. -№ 10.-С. 15-32.

106. Фоменко, В. С. Работа выхода электрона адсорбированных систем с адсорбентом, смоделированным в виде кластера / В. С. Фоменко // Металлофизика и новейшие технологии. 1994-Т. 16, № 12 -С. 59-61.

107. Кобелева, Р. М. Расчет электронного распределения вблизи границы металла с диэлектрической средой / Р. М. Кобелева, А. В. Кобелев, В. Е. Куземе, М. Б. Партенский, О. М. Розенталь. // ФММ. 1976. -Т. 41, № З.-С. 493-498.

108. Партенский, М. Б. К самосогласованной теории энергетического барьера с диэлектрической средой / М. Б. Партенский, В. Е. Куземе // ФТТ. -1979.-Т. 21, №9. с. 2842-2844.

109. Салихов, Р. Б. Транспортный слой на границе раздела двух полимерных пленок / Р. Б. Салихов, А. Н. Лачинов, Р. Г. Рахмеев // Письма в ЖТФ. -2008. Т. 34. - Вып. 11. - С. 88-94.

110. Мотт, Н. Электронные процессы в некристаллических веществах / Н. Мотт, Э. Дэвис. М.: Мир, 1982. - Т. 1. - 368 с.

111. Гринюк, В. Н. Микро- и нанотехнологии в электронике / В. Н. Гринюк, В. А. Созаев // Материалы Международной научно-технической конференции 21-27 сентября 2009, г. Нальчик, 2009. С. 177.

112. Шульман, П.Р. Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела / П. Р. Шульман, С. А. Фридрихов. М.: Наука, 1977. - 551 с.

113. Вятскин, А. Я. О взаимодействии электронов с тонкими пленками диэлектриков / А. Я. Вятскин, В. В. Трунев // Радиоэлектроника. -1972. Т. 17, Вып. 9. - С. 1899.

114. Суздалев, И. П. Нанокластеры и нанокластерные системы // Вестник РФФИ. 1999. - № 1 (15). - С. 24-31.

115. Суздалев, И. П. Нанокластеры и нанокластерные системы. Организация, взаимодействие, свойства / И. П. Создалев, П. И. Суздалев // Успехи химии. 2001.- №30(30). - С. 203-240.

116. Андриевский, Р. А. Размерные эффекты в нанокристаллических материалах. Особенности структуры. Термодинамика. Фазовые равновесия. Кинетические явления / Р. А. Андриевский, А. М. Глезер // ФММ.- 1999.-Т. 88, № 1.-С. 50-73.

117. Бухтияров, В.И. Металлические наносистемы в катализе /

118. B. И. Бухтияров, М. Г. Слинько // Успехи химии. 2001.- №70(2).1. C. 167-181.

119. Созаев, В. А. Межфазная энергия и работа выхода на границах раздела «Тонкие пленки сплавов щелочных металлов-диэлектрик» / В. А. Созаев, Р. А. Чернышова // Письма в ЖТФ. 2003.- Т. 29. -Вып. 2. - С. 62-69.

120. Алчагиров, А. Б. Влияние адсорбированных диэлектрических покрытий на межфазную энергию металлических сплавов / А. Б. Алчагиров, В. А. Созаев, X. Б. Хоконов // ЖТФ. 1997. - Т. 67.-№ 1.-С. 133-135. .

121. Граневский, С. JT. Поверхностная энергия и работа выхода электрона наноструктур металлических сплавов / С. Л. Граневский, Н. В. Далакова,

122. A. 3. Кашежев, В. К. Кумыков, В. А. Созаев // Вопросы атомной науки и техники серия: вакуум, чистые материалы, сверхпроводники, Харьков. -2009.-Т. 18, №6.-С. 149-153.

123. Киселев, В. Ф. Основы физики поверхности твердого тела /

124. B. Ф. Киселев, С. Н. Козлов, А. В. Зотеев. М.: МГУ, 1999. - 287 с.

125. Горелик, Г. Е. Почему пространство трехмерно? / Г.Е.Горелик. М.: Наука, 1982.- 168 с.

126. Moran Lopez, J. L. Segregation in thin films / J. L. Moran - Lopez, G. Kerker, К. H. Benneman // Surf. Sei. - 1977. - V. 66, N 2. - P. 641-646.

127. Llois, А. M. Segregation in thin films of binary alloys AxBix / A. M. Llois, C. R. Mirasso//Phys. Rev. B. 1990.-V. 41, N 12. - P. 8112-8117.

128. Дигилов, P. M. Размерный эффект поверхностной сегрегации в сплавах щелочных металлов / Р. М. Дигилов, В. А. Созаев // Поверхность. -1989.-№ 11.-С. 22-24.

129. Дигилов, Р. М. Поверхностная сегрегация в тонких пленках сплавов щелочных металлов / Р. М. Дигилов, В. А. Созаев // В кн. Физика и технология поверхности. Нальчик: КБГУ, 1990. С. 31-37.

130. Созаев, В. А. Влияние диэлектрической среды на поверхностную сегрегацию тонких пленок бинарных металлических сплавов / В. А. Созаев, Д. В. Яганов // Физика и химия перспективных материалов. Нальчик: КБГУ, 1998. С. 88-93.

131. Дигилов, Р. М. Анизотропия поверхностной энергии и работы выхода электрона в присутствии адсорбата / Р. М. Дигилов, В. А. Созаев, X. Б. Хоконов // Поверхность. 1987. -№ 12. - С. 138-139.

132. Groomes, D. 0.,Wynblatt P. The effect of particle size on the surface composition of microcrystalline alloys / D. O. Groomes, P. Wynblatt // Surf. Sei.-1985.-V. 60, N2.-P. 475-491.

133. Алымов, M. И. Влияние размерных факторов на температуру плавления и поверхностное натяжение ультрадисперсных частиц / М. И. Алымов, М. X. Шоршоров // Известия РАН. Металлы. 1999. - №2. - С. 29-31.

134. Созаев, В. А. Межфазная энергия и работа выхода электрона на границе тонкая нить хметаллического сплава диэлектрическое покрытие / В. А. Созаев, Д. В. Яганов // Вестник КБГУ. Сер. Физические науки. -2001.-Вып. 6.-С. 4-7.

135. Юмагузин, Ю. М. Энергетические распределения электронов в системе металл-полимер-вакуум / Ю. М. Юмагузин, В. М. Корнилов, А. Н. Лачинов // ЖЭТФ. 2006. - Т. 130. - Вып. 2(8). - С. 303-308.

136. Коротков, П.'К. Работа выхода электрона нанонити алюминия на границе с диэлектрической средой / П. К. Коротков, В. А. Созаев, Р. Б. Тхакахов, 3. А. Уянаева // Известия РАН Сер. физическая. 2009. - Т. 73, № 7. -С. 1038-1040.

137. Бабич, А. В. Работа выхода электронов и поверхностное натяжение металлической поверхности с диэлектрическим покрытием / А. В. Бабич, В. В. Погосов // ФММ. 2008. - Т. 106, № 4. - С. 346-354.

138. Помогайло, А. Д. Наночастицы металлов в полимерах / А. Д. Помогайло,

139. A. С. Розенберг, И. Е. Уфлянд. М.: Химия, 2000. - 672 с.

140. Кашежев, А. 3. Работа выхода электрона наночастиц алюминия на границе с диэлектрической средой / А. 3. Кашежев, П. К. Коротков,

141. B. А. Созаев, Р. Б. Тхакахов // Международная научно-техническая конференция «Микро- и нанотехнологии в электронике», 11-16 октября 2010 г. Нальчик, Каб.-Балк, ун-т. - 2010. - С. 66-68.

142. Савинцев, П. А. К вопросу о контактном плавлении веществ, дающих эвтектики / П. А. Савинцев // Известия Томского политехнического инта. 1951.-Т. 68.-В. 1.-С. 190-194.

143. Палатник, Л. С. Влияние температуры подложки и толщины слоя, на структуру конденсатов вещества / Л. С. Палатник, В. М. Косевич, Ю. Т. Литвиненко // ФММ. 1963. - Т. 15, В. 3. - С. 371-378.

144. Палатник, Л. С. Исследование температуры плавления тонких конденсированных слоев 8п и В1 / Л. С. Палатник, Ю. Ф. Комник // ФММ. 1960. - Т. 9, № 3. - С. 374 - 378.

145. Савинцев, П. А. О применении контактного плавления в процессах пайки / П. А. Савинцев, А. А. Шебзухов, Н. Я. Диденко, М. X. Афаунов // Электронная техника. 1970. - Вып. 3(35), серия 10. - С. 71-77.

146. Коротков, П. К. Размерный эффект температуры контактного плавления металлов / П. К. Коротков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Письма в ЖТФ. 2006. - Т. 32, Вып. 2. - С. 28-32.

147. Короткой, П. К. Контактное плавление металлических микро- и наноструктур / П. К. Коротков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Известия РАН Сер. Физическая 2006. Т. 70, № 4. - С. 581-583.

148. Задумкин, С. Н. Зависимость поверхностной энергии металлической капли от ее радиуса / С. Н. Задумкин, X. Б. Хоконов // Ученые записки. КБГУ. Нальчик.-1963.-В. 19.-С. 505-508.

149. Гладких, Н. Т. Поверхностные явления и фазовые превращения в конденсированных пленках / Н. Т. Гладких, С. В. Дукаров,

150. A. П. Крышталь, В. И. Ларин, В. Н. Сухов, С. И. Богатыренко; под ред. проф. Н. Т. Гладких. Харьков: ХНУ имени В.Н. Каразина, 2004. - 276с.

151. Гиббс, Дж. Термодинамика, статистическая механика / Дж. Гиббс. — М.: Наука, 1982.-584с.

152. Rasmussen, D. Н. Energetics of homogeneous nucleation-approach to a physical spinodal / D. H. Rasmussen // J. Cryst. Growth. 1982.- V. 56, № 1. - P. 45-55.

153. Базулев, A. H. Применение термодинамической теории возмущений к расчету межфазного натяжения малых объектов / А. Н. Базулев,

154. B.М.Самсонов, Н. Ю. Сдобняков // ЖФХ. 2002.- Т. 76, №11.1. C. 2057-2061.

155. Tolman, R. С. The effect of droplet size on surface tension / R. C. Tolman // J. Chem. Phys. 1949. - V. 17, № 2. - P. 333-340.

156. Vogelsberger, W. Influence of curvature-dependent surface tension on the free energy of formation of microclusters / W. Vogelsberger // Chem. Phys. Lett. 1980.-V. 74, № l.-P. 143-146.

157. Щербаков Л.М. // Коллоидный журнал 1952.-Т. 14, №5.-С. 379.

158. Nonnenmucher, W. Size effect on surface tensions of small droplets / W. Nonnenmucher // Chem. Phys. Lett. 1977. - V. 47, № 3. - P. 507.

159. Кузнецов, В. А. Зависимость поверхностного натяжения от кривизны поверхности малых капель / В. А. Кузнецов // Препринт Отд. ин-та хим. физики АН СССР. Направл. в коллоидный журнал. 1988. -№ 12.

160. Русанов, А. И. Межфазная тензиометрия / А.И.Русанов, В. А. Прохоров. СПб.: Химия, 1994. - 380 с.

161. Щербаков, JI. М. О размерной зависимости поверхностного натяжения микрокапель / Л. М. Щербаков, В. М. Самсонов, А. В. Лебедь // В сб. Физика межфазных явлений и процессов взаимодействия потоков частиц с твердыми телами / Нальчик: КБГУ, 1998. С. 11-16.

162. Самсонов, В. М. Условия применимости термодинамического описания высокодисперсных и микрогетерогенных систем / В. М. Самсонов // ЖФХ. 2002. - Т. 76, № 11. - С. 2047-2051.

163. Петров, Ю. И. Физика малых частиц / Ю.И.Петров. М.: Наука.-1982.-359 с.

164. Белов, А. Н. Исследование плавления нитевидных нанокристаллов индия в порах анодного оксида алюминия / А. Н. Белов, С. А. Гаврилов, Д. Г. Громов, А. С. Малкова, Д. А. Кравченко, А. А. Тихомиров // Известия вузов. Электроника. 2004. - № 4. - С. 3-8.

165. Salea, Н. Melting temperature of particles embedded in an Al matrix / H. Saka, Y. Nishikawa, T. Imura // Phil. Mag.- 1988.- V. A57, №26.-P. 895.

166. Боголюбов, В. H. Фазовый переход первого рода в системе, близкой к одномерой / В. Н. Боголюбов, Е. В. Колла, Ю. А. Кумзеров // Письма в ЖЭТФ.- 1985.-Т. 41, Вып. 1.-С. 28-31.

167. Магомедов, M. Н. Температура плавления частиц индия, погруженных в алюминиевую матрицу / M. Н. Магомедов // Теплофизика высоких температур. 1990.-Т. 28, № 5.-С. 1012-1013.

168. Созаев, В. А. Изучение температуры плавления свинца и оловянно-свинцового припоя в композициях на основе пористых меди и никеля /

169. В. А. Созаев, X. Б. Хоконов, X. Т. Шидов // Теплофизика высоких температур. 1995. - Т. 33, № 2. - С. 325-327.

170. Thoft, N. В. Melting and solidification of bismuth in aluminum / N. B. Thoft, J. Behr, B. Buras, E. Johnson, A. Johansen, H. H. Andersen, L. Sarhofl-Kristensen // J. Phys. D. 1995. - V. 12, № 3. - P. 539-548.

171. Морохов, И. Д. Дисперсионные методы соединения материалов / И. Д. Морохов, С. П. Чижик, В. А. Пушков, X. Б. Хоконов, Л. К. Григорьева. М.: ЦНИИ «Электроника», 1977. - Вып. 3.-142 с.

172. Полухин, В. А. Моделирование наноструктуры и прекурсорных состояний / В. А. Полухин. Екатеринбург: УрОРАН, 2004. - 207 с.

173. Канчукоев, В. 3. Влияние электрического поля на температуру контактного плавления микро- и наноструктур / В. 3. Канчукоев, П. К. Коротков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Вестник КБГУ, сер. Физические Науки. Нальчик. 2005. - Вып. 10. - С. 18-19.

174. Эпштейн, Э. М. Зародышеобразование на заряженной подложке / Э. М. Эпштейн. Кристаллография, 1993. - Т. 38, Вып. 3. - 194с.

175. Савинцев, П. А. Влияние высокого всестороннего давления на кинетику контактного плавления в системе висмут-олово / П. А. Савинцев, И. К. Малкандуев, В. И. Рогов, И. М. Темукуев // ФММ. 1974. - Т. 37, В.2.-С. 438-440.

176. Малкандуев, И. К. О влиянии высокого давления на диффузию в расплаве Bi-Sn / И. К. Малкандуев, С. П. Савинцев // Изв. АНСССР. Металлы. 1975. - №4. - С. 72-75.

177. Малкандуев, И. К. О состоянии границ кристалл-жидкость при контактном плавлении и влияние малых примесей и всестороннего сжатия на эти границы / И. К. Малкандуев, С. П. Савинцев // Физика и химия обработки материалов. 1978. — №4. - С. 146-148.

178. Малкандуев, И. К. О влиянии высоких давлений на контактное плавление металлов: автореф. . канд. физ.-мат. наук: 01.04.07: / Малкандуев. Ростов-на-Дону, РГУ. - 1979. - 17 с.

179. Коротков, П. К. Размерный эффект температуры фазовых превращений в контакте тонких металлических пленок / П. К. Коротков, Р. А. Мусуков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Журнал технической физики. 2008. -Т. 78, Вып. З.-С. 99-100.

180. Коротков, П. К. Температура фазовых превращений в двухслойных тонких металлических пленках / П. К. Коротков, Р. А. Мусуков, Т. А. Орквасов, В. А. Созаев // Известия РАН. Сер. физическая. 2008. -Т. 72, № 10.-С. 1493-1495.

181. Короткое, П. К. Температура фазовых превращений в контакте тонких металлических пленок / П. К. Коротков, Р. А. Мусуков, Т. А. Орквасов,

182. B. А. Созаев // Вестник КБГУ. Сер. физическая науки. 2008. - Вып. 11,1. C. 45-47.

183. Гладких, Н. Т. Контактное плавление в слоистых пленочных системах эвтектического типа / Н. Т. Гладких, А. П. Крышталь, Р. В. Сухов // ФТТ. 2010. - Т. 52.-Вып. З.-С. 585-592.

184. Лякишев, Н. П. Диаграммы состояния двойных металлических систем / Н. П. Лякишев, О. А. Банных, Л. Л. Рохлин. М.: Машиностроение, 1996. -Т. 1. - 991 с; 1997. - Т. 2. -1023 с; 2001. - Т. 3, книга 1. - 872 е.; 2000. -Т. 3, книга 2. - 448 с.

185. Вол, А. Е. Строение и свойства двойных металлических систем /

186. A. Е. Вол, И. К. Каган. М.: Наука, 1976. - Т. 3. - 814 с.

187. Коротков, П. К. Температура контактного плавления в тонкопленочной системе олово-индий / П. К. Коротков, Р. А. Мусуков, Т. А. Орквасов,

188. B. А. Созаев // Материалы 9-го Международного симпозиума «Порядок, беспорядок и свойства оксидов (ОБРО)», Ростов-на-Дону Лоо. -2006.-С. 136-138.

189. Хоконов, X. Б. Влияние размера металлического зерна на температуру плавления / X. Б. Хоконов, В. Б. Беличенко // Сб. студенч. научных работ КБГУ. Нальчик КБГУ. - 1970. - Вып. 5. - С. 201-203.