WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

дены зависимости количества десорбирующихся молекул TiO и TiO2 от времени окисления при T = 1100 K и P(O2) 10-6 Torr пленки титана толщиной в шесть монослоев, напыленной при T = 300 K. Время задержки, необходимое для насыщения объема Ti пленки кислородом, уменьшается с увеличением давления кислорода (ср. с рис. 5). При малых временах окисления десорбируются только молекулы TiO, количество которых линейно увеличивается со временем окисления. При этом на термодесорбционных спектрах TiO (рис. 10) наблюдаются заполнение высокотемпературной фазы и рост низкотемпературной фазы десорбции (кривые и 2). Зависимость достигает максимума (кривая 1 на рис. 9), по-видимому, когда окисел TiO прорастает через всю Ti пленку. В окрестности максимума появляется десорбция молекул TiO2, что соответствует началу ноРис. 8. Зависимость количества десорбирующихся при вспышвого этапа окисления пленки. Положения максимума на ке молекул TiO от температуры окисления. Окисление Ti пленки толщиной 0 = 6 монослоев проводилось при давлении зависимости количества десорбирующихся молекул TiO P(O2) =10-7 Torr в течение t = 4min.

от времени окисления и начала роста молекул TiOФизика твердого тела, 2004, том 46, вып. 1502 В.Н. Агеев, Е.Ю. Афанасьева, Н.Д. Потехина Энергия активации десорбции молекул TiO2, определенная из фронта термодесорбционной кривой в приближении нулевого порядка кинетики десорбции, оказалась равной (5.9 ± 0.2) eV. Это значение больше значения энергии активации десорбции молеул TiO (5.1 ± 0.2) eV, определенной из фронта низкотемпературного пика в отсутствие образования TiO2.

4. Обсуждение результатов Рост пленки Ti на поверхности W(100) при T = 300 K близок к послойному. При T 900 K пленка растет по механизму Странского-Крастанова: сначала на поверхности образуется монослой Ti, а затем на нем вырастают Рис. 9. Зависимости количества десорбирующихся при вспыш- трехмерные кластеры титана.

ке молекул TiO (кривая 1) и TiO2 (кривая 2) после окисления Окисление Ti пленки в атмосфере кислорода сопри T = 1100 K и P(O2) =10-6 Torr пленки Ti толщиной провождается при вспышке появлением в масс-спектре 0 = 6 монослоев от времени окисления.

ионов TiO+ и TiO+, причем сначала наблюдаются ионы TiO+ и только при больших экспозициях видны ионы TiO+. Следует заметить, что на конечной стадии окисления в масс-спектре при термодесорбции всегда присутствуют ионы TiO+ и TiO+. Но в этом случае ионы TiO+ возникают в основном за счет диссоциации молекул TiO2 электронным ударом, причем теплота реакции TiO(g) TiO(g) + O, оцененная на закону Гесса [29], составляет величину 6.3 eV. Существование этой реакции в масс-спектрометре согласуется с тем, что термодесорбционные спектры молекул TiO2 и TiO идентичны и одинаково расположены на температурной шкале.

Молекулы TiO2 десорбируются согласно нулевому порядку кинетики десорбции (так же как и молекулы TiO в отсутствие десорбции молекул TiO2). Эти процессы требуют энергий активации десорбции 5.Рис. 10. Термодесорбционные спектры TiO (1-3) и TiO2 (4) и 5.1 eV соответственно, и полученные значения близки для различных времен окисления Ti пленки толщиной к соответствующим теплотам сублимации окислов TiO0 = 6 монослоев, напыленной на W при T = 300 K. Окислеи TiO[27,30].

ние проводилось при давлении кислорода P(O2) =10-6 Torr и T = 1100 K. Время окисления t, min: 1 — 1.5, 2 — 2, Реакции распада других окислов также могли бы 3 и 4 — 10. Скорость нагрева 200 K · s-1. привести к появлению в газовой фазе молекул TiO и TiO2. К этим реакциям можно отнести [30] Ti3O(s) TiO(g) + 2TiO(g) (1) 5 несколько не совпадают, что вызвано, вероятно, неодс теплотой реакции 18.8 eV и нородностью толщины или структуры Ti пленки. Зависимость количества десорбирующихся молекул TiOTi2O(s) TiO(g) + TiO(g) (2) 3 от времени окисления (кривая 2 на рис. 9) достигает насыщения, когда окисел TiO2 прорастает на всю с теплотой реакции 12.8 eV.

глубину Ti пленки. При этом немного уменьшается и Но нам кажется маловероятным, чтобы кинетика выходит на плато сигнал, соответствующий десорбции термодесорбции различных молекул (TiO и TiO2) бымолекул TiO. Термодесорбционные спектры для TiO ла одинаковой как по энергии активации, так и по и TiO2 в этой области (при t 10 min) практически предэкспоненте в константе скорости десорбции, как совпадают по форме и имеют одинаковое положение на это следует из термодесорбционных спектров (ТДС) температурной шкале (кривые 3 и 4 на рис. 10). Это поз- (кривые 3 и 4 на рис. 10). Поэтому мы считаем, воляет утверждать, что наблюдающиеся в масс-спектре что при больших временах окисления одновременное в данном случае ионы TiO+ являются продуктом дис- появление TiO и TiO2 при термодесорбции связано с социативной ионизации молекул TiO2 под действием десорбцией окисла TiO2 и его последующим развалом электронного пучка в источнике масс-спектрометра. при ионизации электронным ударом.

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Кинетика окисления тонких пленок титана, выращенных на поверхности вольфрама Окисление Ti пленки происходит достаточно сложным [8] D. Brugnian, C. Argile, M.G. Barthes-Labrousse, G.E. Read.

Surf. Sci. 141, 639 (1984).

путем. Сначала кислород растворяется в Ti пленке до [9] A. Azouley, N. Shamir, E. Fromm, M.H. Mintz. Surf. Sci. 370, образования равновесного раствора при данной тем1 (1997).

пературе. По-видимому, этот кислород при вспышке [10] G. Lu, S.L. Bernasek, J. Schwartz. Surf. Sci. 458, 80 (2000).

термически удаляется в виде атомов, и его трудно [11] W. Brearly, N.A. Surplice. Surf. Sci. 64, 372 (1977).

зарегистрировать из-за высокой химической активности.

[12] A. Platau, L.I. Johansson, A.L. Hugstrom, S.E. Karlsson, Время накопления этого кислорода увеличивается с толS.B.M. Hagstrom. Surf. Sci. 63, 153 (1977).

щиной Ti пленки, но уменьшается с ростом температуры [13] M. Martin, W. Mader, E. Fromm. Thin Solid Films 250, подложки (рис. 6 и 7). После завершения этой стадии (1994).

накопления кислорода в титане дальнейшая абсорбция [14] I. Vaquila, M.C.G. Passeggi, Jr, J. Ferron. Phys. Rev. B 55, 20, кислорода приводит к образованию окисла TiO, который 13 925 (1997).

[15] W.S. Oh, C. Xu, D.Y. Kim, D.W. Goodman. J. Vac. Sci.

прорастает на всю глубину Ti пленки. При дальнейшем Technol. A15, 1710 (1997).

окислении происходит окисление TiO до окисла TiO2.

[16] O. Guo, W.S. Oh, D.W. Goodman. Surf. Sci. 437, 49 (1999).

Наличие латентного периода в появлении десорбции [17] R.L. Strong, J.L. Erskine. J. Vac. Sci. Technol. A3, окислов при адсорбции кислорода наблюдалось для ряда (1985).

тугоплавких металлов, однако во всех этих случаях [18] B.T. Jonker, J.F. Morar, R.L. Park. Phys. Rev. B 24, 6, кислород накапливался на поверхности металла [31–33], (1981).

а в нашем случае этот период связан с необходимо[19] S. Aduru, J.W. Rabalais. Langmuir 3, 543 (1987).

стью достижения предельной концентрации кислорода в [20] D.E. Eastman. Solid State Commun. 10, 933 (1972).

объеме титана для начала реакции.

[21] H.D. Shih, F. Jona. Appl. Phys. 12, 311 (1977).

[22] L. Porte, M. Demosthenous, T.M. Duc. J. Less Common Met.

56, 183 (1977).

5. Заключение [23] J.S. Corneille, J-W. He, D.W. Goodman. Surf. Sci. 338, (1995).

Таким образом, в настоящей работе изучены механизм [24] В.Н. Агеев, Е.Ю. Афанасьева. Поверхность 7, 30 (1987).

роста и термическая устойчивость пленки Ti на W(100) [25] В.Н. Агеев, Е.Ю. Афанасьева. ФТТ 39, 8, 1484 (1997).

[26] M.-Ch. Wu, J.S. Corneille, D.W. Goodman. Surf. Sci. Lett. 255, методами ОЭС и ТДС. Показано, что при комнатной L536 (1991).

температуре пленка Ti растет послойно. Переход к [27] В.П. Глушко, Л.В. Гуревич, Н.В. Вейц и др. Термодинатрехмерным образованиям в напыленной пленке происмические свойства индивидуальных веществ. Справочник.

ходит при T 900 K. Пленка Ti термически устойчива Наука, М. (1978-1982).

до температур T 1300 K. Окисление при T = 1100 K [28] Е. Фромм, Е. Гебхардт. Газы и углерод в металлах.

напыленной при комнатной температуре пленки толщиМеталлургия, М. (1980).

ной = 6 монослоев приводит сначала к растворению [29] Я.И. Герасимов и др. Курс физической химии. Химия, атомов кислорода в объеме Ti, затем наблюдается рост М-Л. (1964).

окисла TiO, который испаряется с теплотой сублимации [30] Е.К. Казенас, Ю.В. Цветков. Испарение оксидов. Наука, М.

(5.1 ± 0.2) eV. Скорость образования этого окисла лими- (1997).

[31] В.Н. Агеев, Н.И. Ионов. ЖТФ 38, 7, 1149 (1968).

тируется реакцией на границе Ti-TiO. На следующем [32] Н.П. Васько, Ю.Г. Птушинский. УФЖ 13, 347 (1968).

этапе начинается рост TiO2; теплота его испарения [33] В.Н. Агеев. ЖТФ 40, 8, 1743 (1970).

составляет (5.9 ± 0.2) eV. Наличие той или иной фазы окислов однозначно регистрируется по продуктам термодесорбции и положению на температурной шкале их термодесорбционных пиков.

Авторы признательны Н.Р. Галлю и В.Г. Павлову за плодотворное обсуждение работы.

Список литературы [1] A. Fujishima, K. Honda. Nature 37, 238 (1972).

[2] A.L. Lisebigler, G. Lu, J.T. Jates, Jr. Chem. Rev. 95, (1995).

[3] D.M. Hanson, R. Stockbauer, T.E. Madey. Phys. Rev. B 24, 10, 5513 (1981).

[4] E. Bertel, R. Stockbauer, T.E. Madey. Surf. Sci. 141, (1984).

[5] A. Takano, K. Ueda. Surf. Sci. 242, 450 (1991).

[6] C. Ocal, S. Ferrer. Surf. Sci. 178, 850 (1986).

[7] P.H. Dawson. Surf. Sci. 65, 41 (1977).

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.