Взаимодействие атомов C, Si, S и молекул C60 с поверхностью переходных металлов ( (100)Мо, (III)Ir) тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

-. - <- Г4 '1

'! ;э и А

IIa правах рукописи

— 1 iV.il*

Усуфов Муса Махмуд оглы

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АТОМОВ С , 5/ , 5 и МОЛЕКУЛ сб0 С ПОВЕРХНОСТЬЮПьРКХОДШХ МЕТАЛЛОВ ( (100)¡¿о , (111)1 г)

01.04.04. - физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

С.Петербург - 19-36

Работа выполнена в Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе Российской Академии наук.

Научный руководитель - доктор физико-математических наук, профессор, член-корреспондент АЕН РФ, Тонтегоде А.Я.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук, профессор, академик АЕН РФ, Фурсей Г.Н. - кандидат физико-математических наук Митцев М.А.

Ведущая организация - НИИ физики Санкт-Петербургского государственного университета.

Защита диссертации состоится ау*,./1996г. в

часов на заседании специализированного Совета Д 003.23.01 Физико-технического института' им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу :194021 , С-Петербург, Политехническая ул. 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТЛ им. А.Ф. Иоффе РАН.

Автореферат разослан " jUOjl?«. 1996г

Учоный секретарь специализированного Совета кандидат физ.-мат. наук

А.Л.Орбели.

Обзая характеристика работы

-_______Актуальность работы. Изучение процессов на поверхности

твердых тел при их-взаимодействии с атомами и молекулами, а также свойств таких поверхностей, важно-и интересно_во многих

областях науки и техники. Это - физика и химик поверхности~твер-—------------

дых тел, физическая электроника, гетерогенный катализ, материаловедение, физика металлов и сплавов, ß работе плакируется изучить такие важнеклие поверхностные процессы как адсорбция, десорбция, диффузия атомов между поверхностью и объемом металлов, диссоциация молекул, а также образование поверхностных и объем-'ных химических соединений. В качестве подложек бу,сут использованы тонкие текстурированные ленты из молибдена с гранью (100) на поверхности, а также ленты из (III)-иридия, допусказиие высокотемпературный нагрев при прямом пропускании тока. В качестве адсорбатов будут использованы атомы углерода, кремния и серы, а также молекулы фуллеренов C^q, недавно ■ открытого семейства чисто углеродных молекул, которые вызывают всеобщий интерес. Опыты проводятся в сверхвысоковакуумных условиях в оже-спектро-метре высокого разрешения (лЕ/Е -0,1$) с призменным энергоанализатором, который позволяет регистрировать оже-спектры у сильно нагретых (~2500К) образцов. В результате проведенных опытов будут найдены закономерности, которым подчиняются эти поверхностные процессы, а также установлена их природа, что в"жно при решении многих научных и практических задач.

Цель работы состояла в экспериментальном установлении закономерностей и в создании физической картины процессов, протекающих при адсорбции атомов углерода, кремния и серы, а также молекул Ogg на поверхности тугоплавких металлов (МоДг ) в широкой области температур и покрытий, начиная от самых ранних стадий адсорбции. Для ее достижения необходимо было решить следующие задачи:

1. Изучить адсорбцию, десорбцию, растворение углерода, образование поверхностных и объемных карбидов на поверхности

(100) Мо в широкой области температур 300< Тч2200К.

2. Изучить адсорбцию, дрсорбцию. образование itt^c<нп.~т-ных и объемных силицидов молибдена при ю£нр.и.<;.»!)",,чн«< ki "м>нч!

о поверхность» (10°) Mo в широкой области температур 300 <*Т <2200К.

3. Изучить взаимодействие серы с поверхностью (100) Ыо: адсорбция, десорбция, образование поверхностных и объемных сульфидов (300< Т< 2000К).

4. Одной из оригинальных задач нашего исследования было сравнение адсорбционно-десорбционных процессов для трех разных по природе адсорбатов: атомов углерода, кремния и серы на одной и той же подложке - грани (100) Мо. Эти опыты должны выявить роль природы адсорбента и адсорбата в исследуемых процессах.

5. Изучить эффекты при совместной адсорбции углерода, кремния и серы на молибден в широкой области температур: 300 <Т < 2200К.

6. Изучить каталитическую активность (100) Мо с поверхностным углеродом, кремнием и серой с помощью диссоциации молекул CsCi.

7. Изучить адсорбцию, десорбцию и распад молекул CgQ на поверхности грани (III) иридия. Для этого на иридии при 300 К напылить субмоносяойнуш пленку из молекул CgQ и следить за ее трансформацией при нагреве.

8. Изучить адсрбцию молекул C^q на пассивной подложке -двумерной графитовой пленке на грани (III) иридия и исследовать возможность самопроизвольного проникновения этих молекул под пленки (интеркалирование).

Объекты исследования. В качестве подложки мы выбрали тонкие, текотурированные и длинные металлические ленты из молибдена с грань» (100) на поверхности и из иридия с гранью (III), допускающие высокотемпературный нагрев до 2200К прямым пропускание:: тока. Эти ленты очищались от примесей по определенной процедуре так, что после нее в сверхвыссковакуумкых условиях оже-спектроскопия не обнаруживала никаких примесей на поверхности лент.

В качесие адсорбатов мы выбрали три сорта атомов: углерод, кремний и серу и разработали процедуру их нанесения в срерхвысоковакуумных условиях. Будет изучено взаимодействие этих атомов с гранью (100) Мо. В важной части работы мы изуча-

ли взаимодействие молекул C»q с грань:о_ (III/' иридия, недавно -------------------

открытого "семейства-чисто углеродных молекул, перспективных для многих научных и практических поименений.

Научная новизна работы состоит в тон, чю вперзые s единых экспериментальных условиях, в сверхвысоком вакууме с ч*;и-менекиэ:.? набора современных методов диагностики поверхности (ЗОС, ТДС, масс-спектрометрия, диссоциация молекул л ТЛ) изучен комплекс процессов, сопровоадаших адсорбцию трех разных адсорбатов ( С , , S ) на одной и той зхе поверхности грани (100) ivio и выявлена поль з это:.: взаимодействии адсопп«г<» . подложки.

Экспериментально показано наличке иерархии транспортных процессов и твердофазных реакций, протекающих в таких адсорбционных системах и созданы физические картины для ее описания. Впервые указана -ваянеЯшая роль в этой иерархии специфических поверхностных фаз - карбидов, силицидов и сульфидов.

Обнаружены эффекты вытеснения и совместная десорбция при совместной адсорбции атомов С и So, С и S , Sin $ .

Впервые с помояью ЭОС наш изучена адсорбция молек; л на грани (III) иридия при комнатной температуре и трансформация адаленки в широкой области температур Т ^2200 К. Впорвы* изучена адсорбция молекул CgQ на пассивнсй подлош-се - двумерной графитовой пленке на (III) иридия и показано, что молекулы CgQ иктеркалисуют эту пленку.

Практическая значимость работы

1. ^Предложен и осугзствлен ряд оригинальных конструкционных и методических решений, позволяющих изучать физико-хкмиче-ские процессы на поверхности металлов а физической электронике и при диагностике поверхности.

2. Разработана техника получения и использования прямона-кальных, тонких, узких и длинных металлических ленг, которые удается нагреть до рекордно высоких температур (Mo - 2~0QK, V*/- 2700К, Ii - 230CÜ, ße - 2600К). При этом поверхности таких лент однородны по работе выходе: для грани (100) Ко «ff* '1,-!5эВ, (I00)W «у» 5 ЛЬ оВ, (П1> Iг, Ь,?5 з^, (101С)Яс

3. Осуществлена абсолютная калибровка потоков различных

- а -

адсорбатов: C/S('/S, СяСе,СсНь, HiS, Qo, ■

А. Развитые в работе представления и методы исследования можно применять при изучении совместной адсорбции, а также при взаимодействии между адсорбированными частицами на поверхности металлов, сплавов.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

1. Если пленку из молекул CgQ (3*4 ML ), напыленную на иридии при 300К нагреть, то при 800К ока утончается вплоть до монослоя, а адсорбированные молекулы C^q не разрушаются. Развал молекул Cgg на поверхности иридия идет в области более высоких температур 1000 < Т < I200K, а полученный при этом углерод графи-тизируется при I600K, что следует из графитовой формы оже-спект-ра углерода с энергией 272 эВ, образуя на лицевой стороне ленты пленку графита толщиной около двух мокослоев. При подъеме температур до I800K углерод мигрирует на обратную сторону ленты и делится приблизительно пополам между ее сторонами. При 2200К весь углерод десорбируется с иридия.

2.Результаты по взаимодействию молекул Ccq с пассивной подложкой - двумерной графитовой пленкой на (III) иридии (

Если на 1г~С при 300К напылить толстую пленку (~3 монослся) из молекул CgQ, а затем ее нагреть до 800 К, то наблюдается чрезвычайно интересная ситуация: часть молекул CgQ десорбируется, а другая часть в молекулярном виде в количестве около монослоя самопроизвольно проникает под графитовую пленку (интерка-лирование). Проникший под графитовую пленку углерод очень сильно в ~4 раза экранирует оже-сигнал иридия (подобно трек монослоям графита) и сохраняется под пленкой до рекордно высоких температур: вплоть до Т (2000К. Под пленкой молекулы CgQ, контактируя с иридием, разваливаются в области 1000 <Т ч'1200К, а часть углерода при Т ~1600К мигрирует на противоположную сторону ленты. При I900K весь углерод графитизируется, а при Т=2200К углерод десорбируется с иридия.

3. Установлено, что при адсорбции на молибдене трех разных по природе адсорбатов углерода, кремния и серы на его поверхности формируются химические соединения с подобными формулами: М'эС , А1о5Ги Мэ S , в которых атомы С , Si,Sf видимо, зани-

мают одинаковые адсорбционные центры - глубокие ямки иеаду четырьмя -поверхностны?ли_атомами"молйбдёна~"

4. Изучены все стадии процесса науглероживания при адсорбции атомов углерода и молекул бензола на нагретой молибденозой ленте. Науглероживание начинается с образования поверхностного карбида Мо С , а углерод растворяется и находится в объеме металла в виде твердого раствора Мо - С . Когда его концентрация сравнивается о предельно допустимой,в приповерхностных сло-

' ях ленты формируется объемный карбид МОг С , который распространяется до ее центра. Науглероживание заканчивается форыирова-, кием под поверхностным и объемным карбидами двумерной графитовой пленки.

5. Изучены различные химические формы кремния на поверхности (100) Мо. При прогреве толстой пленки кремния, напыленной на (100) Мо при 300 I., до Т=700 К толщина и состав пленки не изменяются. В области температур 700 <Т<1200 К толщина пленки уменьшается, и в ней, видимо, образуются объемные силициды. При 1200 <Т <1500 К на поверхности имеется поверхностный силицид Мс5; - При Т >1500 К кремний десорбируется из поверхностного силицида. Была изучена кинетика термодесорбции кремния и найдены энергии активации десорбции в широкой области позерхностных покрытий 0 <Сд <С I.

6. Изучена в широкой области температур 300<Т<1600К адсорбция молекул Н25 на (100) Мо. При Т>800К молекулы Нг, Б разрушаются на поверхности металла, водород десорбируется, в сера образует поверхностный сульфид МоБ , стабильный до

Т Ч(1450К, Изучена кинетика термодесорбции серы из Мо $ м найдены в широком интервале поверхностных покрытий 0 <- < I энергии активации десорбции.

При экспозиции нагретой юлибденовой ленты в парах Нг£ было обнаружено, что после образования поверхностного сульфида сера перестает диффундировать внутрь ленты. Если на Ио.5 напылять серу из вспомогательной молибденовой ленты (нагретой до 2000К в Иг ), то на поверхности образуется один слой дисульфида молибдена - слоистого соединения с валентно насыщенной поверхностью. При этом эффективность диссоциации мо-

лекул í-sCÍ уменьчается 30 раз.

7. Установлены эффекты при совместной адсорбции атомов £ и Si , С и Ь , Si'h S на молибдене: а) так, если на нагретую молибденовую лету, содержащую поверхностный карбид Мо С, напылять атомы Si , формируется поверхностный силицид Mo.Si , а углерод принудительно вытесняется в металл; при нагреве до I600K кремний десорбируется, а углерод выделяется на поверхности, образуя карбид МоС; аналогично■ ведут себя атомы С и S при совместной адсорбции, атомы серы также вытесняют поверхностный углерод в объем метэлла; б) иначе ведут себя атомы

Sí и S ¡ так, при адсорбции атомов Si на нагретом Ato , содержащем поверхностный сульфид /MoS , сера не вытесняется в объем металла, а, соединяясь с атомами кремния, уходит с поверхности в виде молекул StS , а на поверхности формируется силицид MoS;.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка цитируемой литературы.-Она содержит 152 страниц, в том числе 9? страниц текста, 51 рисунок и список литературы на Í3 листах.

Во введении сформирована цель работы и дана ее краткая характеристика.

Первая глава является обзорной и посвящена обсуждению взаимодействия переходной металл -»углерод, кремний и сера (адсорбция, десорбция, растворения, поверхностные и объемные фазы). В конце главы определены задачи данного исследования и обоснован выбор изучаемых объектов.

Вторая глава посвящена описанию примененных методов и техническим особенностям эксперимента. Сделан вывод об адекватности методик поставленным задачам.

3 третьей, четвертой и пятой главах приведены оригинальные результаты исследования адсорбции углерода (III гл.) кремния (1У) и серы (У) на поверхности (100) Мо, транспортных процессов и твердофазных реакций, протекающих в адслое, и даны физические картины изучаемых процессов. В конце пятой главы описаны эффекты вытеснения при совместной адсорбции двух адсорбатов на (100) Ыо и выявлены их основные закономерности.

________В шестой глава описано исследование адсорбции,-десорбции,-

развала молекул C^q на чистой поверхности (III) иридия и на двумерной графитовой пленке на (III) иридия. Приведены физические модели для их объяснения.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы исследования. формулируется цель и задачи работы, подчеркиваются ее научная новизна и практическая значимость, излагаются основные результаты, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору экспериментальных и теоретических работ о закономерностях взаимодействия углерода, кремния, и сера с поверхностью переходных металлов. Обобщаются ранее изученные работы по взаимодействию углерода с поверхностью переходных металлов, при этом описываются характер взаимодействия адсорбата и адсорбента, стехиометрия и химический состав полученных соединений. Такие приведены фазовые диаграммы Мо-С, l/V~C , R.e~C. Критически рассматриваются различные макроскопические подходы к описании полученных при этом карбидов металлов. Подробно описываются взаимодействия кремния и серы с поверхностью (100) Мо. Рассмотрены транспортные процессы на поверхности (100) Мо. В этой главе также рассмотрено взаимодействие молекул Cg^ с поверхностью переходных металлов. Молекулы CgQ относятся к классу фуллеренои, новому, недавно открытому семейству чисто углеродных молекул, которые вызывают всеобщий интерес. Рассмотрен способ получения этих молекул в макроскопических количествах, их термостабильность и возможные применения в практике. Исходя из вышеизложенного, в конце главы формулируются цели настоящей работы.

Вторая глава диссертации посвящена описанию экспериментальной установки и примененных методов исследования. Была применена комплексная методика измерении, на основе информативных методов анализа поверхности: оже-электронной спектроскопии высокого разрешения (^E/t измерения KPI1, термоэлектронной эмиссии, поверхностной ионизации и метода ТДС на баяо

магнитного мазс-спэктрометра. Методика была аппзратно реализована на баге электронного оже-спектрометра с приэменным энергоанализатором и магнитного масс-спектрометра. Она дозволяла производить следующее:

а) производить измерения в условия;: сверхвысокого вакуума на чистых, хорошо воспроизводимых и тщательно аттестованных металлических поверхностях;

б) на поверхности исследуемых, металлов ( Mo , I г , W , ) с помощью абсолютно калиброванных потоков наносить ад-

сорбаты ( С , Si' , S , С(,о) и контролируемо формировать адслои разной толщины от субмонослойной до толстослойной;

в) проводить измерения оже-спектров непосредственно у сильно нагретых металлических лент в широкой области температур: 300 14 2500 К;

г) изучать массовый состав продуктов десорбции, испускаемых от поверхности изучаемых образцов;

д) применять методики, позволяющие измерять поверхностные концентрации адатомов углерода, кремния и серы в диапазоне 10^ -г 10^ ат/см^, а также регистрировать их, находящихся как на поверхности, так и в приповерхностной области подложки ;

е) изучать каталитически активность поверхности образцов с помощью диссоциации молекул Cs£l , используя метод ПИ.

Третья глава посвящена изучению адсорбции, десорбции и растворению атомов углерода на поверхности (100) Мо в широкой области температур 300 <"Т <"2200 К. Изучены все стадии процесса науглероживания при адсорбции атомов углерода и молекул бензола на нагретой (Тн=1600 К) молибденовой ленте. Установлено, что в интервале температур 1000 <Т <1800 К на поверхности (100) молибдена формируется поверхностный карбид МоС , а углерод растворяется и находится в объеме металла в виде твердого раствора Мо —С . ПК молибдена увеличивает работу выхода поверхности от 4,4Г эВ до 5,25 эВ. Когда концентрация углерода в твердом растворе Мо- С сравнивается с предельно допустимой, в приповерхностных слоях ленты формируется объемный карбид Мог С . следуемый из диаграммы состояния, который распрост-

ранястся до ее центра. Образованием объемного карбида изменяются характеристики"ленты:" увеличивается-электросопротивление, увеличивается яркостная температура образца.

Науглероживание заканчивается формированием над поверхностным и объемным карбидами двумерной графитовой пленки. Показано, что полученный графитовый слой полностью растворяется в объеме металла при Т=Тн+70°. При Т--Тн-20° на поверхности выделяется толстый слой графита. Установлено, что максимальная скорость выделения наблюдается при Т=1500 К, а при Т=10С0 К выделение "замораживается". Углерод с поверхности (100) молибдена чисто термическим путем не десорбируется, но может быть удален при Т>1900 К в атмосфере кислорода.

Четвертая глава посвящена изучению взаимодействия кремния с поверхности (100) Мо в широкой области температур 300 < Т < 2000К. При напылении атомов кремния на молибден при Т=1400К все поступающие атомы кремния остаются на поверхности вплоть до концентрации — 1.10^ ат/см^, а все вновь поступающие атомы растворяются з объеме металла. Получающееся покрытие специфично для данной поверхности и не зависит ни от температуры в интервале 1200< Т< 1450К, ни от плотности потока кремния, ни от предыстории образца. Это покрытие, имеющее формулы Мо$«' , было названо нами поверхностные силицидом (ПС). Свойства ПС для ряда металлов рассмотрены в диссертационной работе. После завершения формирования ПС открывается канал растворения и атомы кремния переходят с поверхности в объем металла, образуя твердый раствор Мо--5[" .

Если толстую пленку кремния, напыленную на металл при Т--300К, нагреть, то она до Т<700К не изменяется. В области 1100 <«Т <1200К кремний начинает растворяться в металле и образуется объемные силициды. При 1200 (Т <1450 К на поверхности ленты имеется ПС Мо$|'. При ТМ500 К кремний десорби-руется.

Пятая глава посвящена изучению адсорбции молекул г ' на поверхности (100) Мо в широкой области температур: 300 < Т <2000К. При Т=300К на поверхности, видимо, образуется один слой из молекул N¿5 . При Т^800К адсорбированные моле-

кулы На5 разрушаются, водород десорбируется, а сера образует поверхностный сульфид Мо$ , стабильный в области температур 1200< Т<1450К. При образовании Мо5 сильно увеличивается работа выхода молибдена от 4,45 эВ до 5,5 эВ, а его поверхность остается каталитически активной. (На Мо5 эффективность диссоциации молекул С$С& 1, как на чистом металле). При Т >1600 сера из поверхностного сульфида десорбируется. Изучена кинетика десорбции серы и найдена энергия активации десорбции, которая сильно уменьшается от 5,6 эВ до 4,7 эВ с ростом покрытия 0 <6 < I.

При экспозиции нагретой молибденовой ленты в парах Нг$ было обнаружено, что после образования поверхностного сульфида сера перестает накапливаться в объеме металла. Если на МоЗ (при 900 К) напылять серы из вспомогательного источника ( Мо лента нагретая до 2000 К в парах Нг,5 ), то растет концентрация серы, которая свидетельствует об образовании одного слоя дисульфида молибдена Мой^ - слоистого соединения с валентно насыщенной поверхностью. При этом эффективность диссоциации молекул С%(1 уменьшается ~ 30 раз.

В этой главе также изучена совместная адсорбция атомов С , 2 + С и £ • Установлен эффект вытеснения углерода из ПК в объем металла при адсорбции атомов кремния или серы. При этом углерод принудительно растворяется в объем металла, а на поверхности формируется поверхностный силицид или сульфид молибдена. После десорбции атомов кремния или серы с поверхности Мо ленты, нагретой до 1900 К, углерод выходит на поверхность и образует ПК Мо С .

Иначе ведут себя атомы Б и £1 . Так, при адсорбции атомов 5*' на нагретом Мо с поверхностным сульфидом МоБ . сера не вытесняется в объем металла, а,соединяясь с атомами кремния,уходит с поверхности в виде молекул , а на по-

верхности формируется ПС Мо&.

Шестая глава посвящена изучению взаимодействия молекул Свд с поверхностью (111)11 и с поверхностью монослоя графита нанесенного на него. При Т=300 К на поверхности иридия растет толстая пленка фуллерена, а оже-пик подложки полностью экра-

нируется.При этом имеется характерная форма ске-пика углерода от молекул C^q с характерной энергией отрицательного выброса

269 эВ, которая отличается-отэнертгоже-пиков-углерода —в________

графите (272 эВ). алмазе (265 эВ) и карбидах металлов. Если такую пленку нагреть, то до Т=700 К ничего ке изменяется;ни концентрация, ни форма оже-спектра. В интервале температур 700< ¿KIIOQ К молекулы Cgq десорбкруютс-я, оставляя на поверхности только монослой с концентрацией ^q0= 2.I0*4 мол/см~. Далее, начиная с 1100 К идет распад молекул CgQ, а полученный при этом углерод графитизируется при Т=1550 К. При дальнейшем подъеме температур з области Т £-1700 К атомы углерода мигрируют на об- 1 ратную сторону лентк. При Т> 1S00 К атомы углерода десорбиру- -ются, а при Т--2200 К поверхность иридия не содержат углерода.

Совершенно другая картина наблюдается при адсорбции молекул CgQ ка двумерной графитовой пленке, нанесенной на (III). Если на такую поверхность напылить монослой молекул Cgg, то при Т~ 800 К часть молекулы десорбируется, а другая часть ~ монослоя проникает под монослой графита и там держится до рекордно высокой температуры: ? «2000 К. После интеркалирование в.интервале 1000 <Т ¿1600 К монослой Сзд разрушается, а полученный при этом углерод графитизируется. Далее процесс идет как на чистом иридии со смешением на ~100 градусов в области более высоких температур, связанных с большим количеством углерода, чем ка чистом (111)1? .

В заключении приведены краткие результаты работы, а также данные о ее апробации и публикациях.

Краткие результаты и выводы:

I. Установлено, что если толстую пленку (3+4 монослоя) из молекул CgQ, напыленную на двумерный графитовый монослой, образованный на грани (III) иридия, нагреть, то при Т=800 К часть молекул CgQ десорбируется, а другая часть в количестве около монг слоя- самопроизвольно проникает под монослой графита. Под монослоем графита молекулы C(-q, контактируя с поверхностью иридия, при 1200 К разваливаются, а при 1600 К образованный при этом углерод мигрирует на обратную сторону ленты. При по- • следующем увеличении температуры углерод графитизируется при

Т=1900 К я полностью десорбируется при Т=22С0 К.

2. Установлено, что при адсорбции трех различных по природе адсорбатов - углерода, кремния и серы-на поверхности грани (100)Мо формируются химические соединения с одинаковыми формулами: Мо С , МоБ! , Мо5, в которых атомы адсорбата, видимо, занимают одинаковые адсорбционные центры - глубокие ямки между 4-мя поверхностными атомами молибдена.

3. Изучены все стадии процесса науглероживания при адсорбции атомов углерода и молекул бензола на нагретой молибденовой ленте. Науглероживание начинается с образования поверхностного карбида МоС, а углерод растворяется и находится в объеме металла в виде твердого таствора Мо - С . Когда его концентрация сравнивается с предельно допустимой, в приповерхностных слоях ленты формируется объемный карбид МогС, который распространяется до ее центра. Неуглероживание заканчивается формированием над поверхностным и объемными карбидами двумерной графитовой пленки.

4. Установлены три химические формы кремния на (ЮО)Мо :

а) толстая пленка кремния и кристаллиты, которые формируются при температурах Т<Г800 К;

б) в интервале температур 1200< К'1450 К на поверхности молибдена формируется поверхностный силицид с формулой

в) при дальнейшей экспозиции в потоке атомов бс после завершения формирования поверхностного силицида образуются объемные силициды. При Т=2000 К атомы кремния полностью десорбируют-ся с поверхности молибдена.

5. Показано, что при Т>800 К пленка из молекул нанесенная на грани СЮ0)Мо( разрушается, атомы водорода десор-бируются, а полученные при этом атомы серы, контактируя с металлом, образуют поверхностный сульфид Мо5 , термостабильный в интервале температур 1200<Т<1450 К. Если на поверхностный сульфид в вакууме напылять серу из специального "атомизатора", то на поверхности формируется один слой дисульфида молибдена Мо5г - слоистого соединения с валентно насыщенной поверхностью. После формирования слоя МоБ^ уменьшается в 30 раз

эффективность диссоциации молекул У . При 2000 К атомы серы

полностью дссорбируются с поверхности молибдена.

67 Установлены эффектыпри - совместной адсорбции атомов_______________

С к Si , С и S , S ч Si , на молибдене:

а. Так, если нз нагретую молибденовую ленту, содержащую поверхностный карбид t^oC , напылять атомы St , то формируется поверхностный силицид MoSi , а углерод принудительно вытесняется в объем металла. При нагреве до 7800 К кремний де-сорбируется, а углерод выделяется на поверхности, образуя карбид МоС. Аналогично ведут себя атомы 5 и С при совместной адсорбции, атомы серы также вытесняют поверхностный углерод в объем металла.

б. Иначе ведут себя атомы S и St. Так, при адсорбции атомов Sc на нагретом Мо , содержащем поверхностный сульфид Мо5 , сера не вытесняется в объем, а соединяясь с атомами кремния,уходит с поверхности в виде молекул Si 5 , а на поверхности формируется силиция Мо5г.

Основные результаты работы опубликованы в следующих журналах:

1. Галль Н.Р., ^утьков Е.З., Тонтегоде,А.Я., Усуфов М.М. Взаимодействие серы с поверхностью молибдена.// XXI Всесоюзная конференция по эмиссионной электронике. Тезисы докладов. Ленинград - 1990, с.159.

2. Галль Н.Р., Рутьков Е.В., Тонтегоде А.Я., Усуфов М.М. Совместная адсорбция атомов С и S ,5 и Si, С и Si на (ЮО)Мо .// XXI Всесоюзная конференция по эмиссионной электронике: Тезисы докладов. Ленинград - 1990, с.89.

3. Gall H.H. jHut'kov E.V. .Tontegode А. Га., Usui от U.U. Beam of carbon atoms and its applications to the growth oi carbon Xilma. 2d European Conf. on "Diamond,Diamondlike and Belated coatings" ¡Nice,France,1994.

4. Рутьков E.B., Тонтегоде А.Я., Усуфов М.М., Галль H.f. Взаимодействие углерода с нагретым (IOQ)Mo, 1992.

т.62. вЛО. стр.148-153.

5. Rut'kov E.V. jTontegode X.Xa.jUeuiov Ü.M. ,Graafcko Yu.3. 18t International Workshop Fullerenes and Atomic clusters.

Intercalation of the monolayer graphite on Ir by Cgo„St.Petersburg , Bus si a , 1 99 3 •

6. Рутьков E.B., Тонтегоде A.fl., Усуфов M.M. Взаимодействие углерода с поверхностью (III) никеля. // Известия РАН (сер.физика) 1994, т.58, с.102-105.

7. Галль Н.Р., Рутьков Е.В., Тонтегоде А.Я., Усуфов М.М. ' Совместная адсорбция Si и S на поверхности (I00)W . Письма в 1ТФ, 1994, т.20, стр.65-69.

8.Rut'кот E.V.,Iontegode A.Ya.,Usufov M.M.,Gall И.Е. JCarbon interaction with heated molubdenium surfacc. /JApplied

Surface Science. 1994,v.78,p.179-184.

9. Gall K.E. ,Eut»kov E.V.,Tontegode A.Ya. ,Usufov M.M. Initial stages of silicon,sulfur and carbon adsorption on (ЮО)Мо-fj Phys.Low-Dimensional strueturs.199it-,v-9-P-79-86.

10.But'kov E.V„tTontegode A.Ya.,Usufov M.M. Adsorption and decomposition of Cg^ molecules on (111 )Ir and on graphite monolayer on it. Abstractsj Science and iechnology of Jullere-ne materials on MBS. 5,ull.Meeting,Eoston,Maoachussas.USA?99^.

11.Gall N.B. ,But'kov E.V. ,Tor.tegode A.Ya.,Usufov M.M. Surface sulfide on (100)W : Formation,stability,absolute con-sentration of sulfur.^Applied Surf.Science-Acceptcd to publication,October 1995.

12.But'kov E.V. ,Tontegode A.Ya. ,rJsufov M.M. Evidence for a CgQ monolayer intercalated between a graphite monolayer and iridium.HPhys.Bev.Letters,1995,v.?4,N5.p.758-760.

13.Gall N.B.jSut'kov E.V.,Tontegode A.Ya.,Usufov M.M. Chemical forms of Si on surfaces : Y/,Re,Ir.//Surface and Interface Analisisiin press :08.1995)-

14. Галль Н.Р., Рутьков E.B., Тонтегоде А.Я. и Усуфов М.М. Химосорбция серы на (100) Мо : Рост поверхностного и объемного сульфида, абсолютная калибровка, термодэсорбция серы. Принято в печать 05.95г.: ЖГФ.

15. Rut'kov E.V.,Tontegode A.Ya.,Usuiov M.M.,Gall N.B. Intercalation by CgQ molecules of the two-dimensional graphi-

— ta filTa on Rhenium.- Abstracts : 2na IWFAC , St.Petersburg ,_______

Russia, 06.1995.p.55-56.

16. Gall N.S.,Eut'kov Ü.V.,ïcntegode A.Ya.»Usufov M.M.

Adsorotion of 6,,, molecules on Rheniua and their transforma -

nd

tion in the sdlayer during annealing.Abstracts: 2 IV/FAC , St.Petersburg,Russia,OS.1995.p.97-98.

17» Sail K.R. ,Rut-'kov E.V. ,Tontegodc A.Ya. ,Usufuv Ii,U. Adsorption and transformation of CgQ molecules on Hhenium surfacc.Iatorcalatiuil by C^q of a two-dimensional graphit« film on Ee./^LIol,Materials , Ii3,199S(in press).

Отпечатано в типографии ПШФ РАН

Зак. 134, тир. 100, уч.-кзд.л. 0,8; Г/Ш-Г996 г. Бесплатно