WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

13 Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 2092 Т.Н. Василевская, С.Г. Ястребов, Н.С. Андреев, И.А. Дроздова, Т.К. Звонарева, В.Н. Филипович Рис. 4. Зависимость интенсивности рассеяния I(s) от волнового вектора s в двойных логарифмических координатах (нижняя ось s, верхняя ось R = /s) при различных концентрациях меди, at.% Cu: 1 —0, 2 —9, 3 — 14, 4 — 18, 5 — 24. Указаны значения фрактальной размерности D.

Из рисунка видно, что введение 9 at.% Cu в основ- 2.5. Ф р а к т а л ь н ы е р а з м е р н о с т и и П Э М.

ном декорирует особенности исходной, нелегированной Метод РМУ представляет уникальную возможность для пленки. Медь проявляется в сильно диспергированном определения фрактальной размерности агрегатов (рассостоянии (видна серия максимумов, соответствующих пределение массы в пространстве) [10,18], которая моразмерам, меньшим 5 nm). Введение 14 at.% Cu приво- жет быть оценена из наклона графика I(s) от s в дит к появлению интенсивного максимума при 1.5 nm. логарифмических координатах, так как I(s) = As-D.

Кроме этого, наблюдается тенденция к коагуляции (или Рассмотрим зависимость log[I(s)] от log[s], где D — кристаллизации), что проявляется в уменьшении пика фрактальная размерность (рис. 4). Для удобства восприпри 2.8 nm и увеличении пика при 4 nm. Отметим, что ятия на рисунке сверху приведена ось, соответствующая величина ординаты для 6 nm больше при 9 at.% Cu, что разрешению прямого пространства R = /s. На рисунке коррелирует с данными РФА.

отчетливо выделяются четыре характерных участка в Присутствие на зависимости широкого максимума, единицах R. Первый — до 9.5 nm, второй — 9.5-4nm, соответствующего для 24 at.% Cu значению 6 nm, сви- третий — 4-2.6 nm, четвертый — менее 3 nm, дающий детельствует о преимущественном переходе меди из информацию о рассеянии поверхностью самых мелких сильно диспергированного состояния, в котором она частиц, из которых и состоят агрегаты. Отметим, что находится при малых концентрациях, в кристаллическое основные особенности на кривых симбатны с участками состояние с размерами 5-7 nm при 24 at.%. на зависимости интенсивности рассеяния для нелегиФизика твердого тела, 1999, том 41, вып. Структура пленок аморфного гидрированного углерода, легированного медью Рис. 5. ПЭМ снимки аморфного гидрированного углерода, легированного медью: a — нелегированный образец (увеличение 60.000); b —9 и 14 at.% Cu (увеличение 12.000); общий план для 14 at.%: видны образования на концах лучей; для 9 at.% таких образований на концах лучей нет; c — 9 at.% Cu (увеличение 120.000); структура усов разрешается, видны отдельные цепочки эллипсов; d —14 at.% Cu (увеличение 60.000); отдельный фрагмент; структура усов не разрешается; хорошо видны начальные кристаллические образования на концах трубки; e —24 at.% Cu (увеличение 480.000); радиально симметричные нанокластеры на фоне отдельных сферических образований.

Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 2094 Т.Н. Василевская, С.Г. Ястребов, Н.С. Андреев, И.А. Дроздова, Т.К. Звонарева, В.Н. Филипович рованного образца, в то время как для легированных распределения частиц по размерам. Эти кластеры равнообразцов происходит лишь значительное увеличение мерно расположены в объеме, что хорошо согласуется интенсивности рассеяния от 250 до 105 e.u./3 при со стандартной фрактальной размерностью D = 2.36.

введении до 24 at.% Cu. Действительно, из ПЭМ снимков видно (рис. 5, f ), что Сравнивая зависимости для не содержащей медь плен- на общем фоне из мелких сферических частиц в 3 nm ки и пленки, содержащей 9 at.% Cu, можно отметить имеется большое количество более плотных практически абсолютное совпадение фрактальных значений практи- сферических кластеров диаметром 11 nm. Эти кластеры чески во всем диапазоне s. Основные отличия в ходе образованы из центральной сферы, радиально окруженкривых проявляются в интервале от 9.5 до 4 nm. Там, где ной пятью-шестью сферами.

у нелегированной пленки намечаются ”ступеньки”, для Приведенные данные свидетельствуют в пользу интерпленки с 9 at.% Cu наблюдаются три четких осцилляции каляционной гипотезы легирования a-C : H медью при с периодом 0.007 -1. Если на ПЭМ снимках исходных относительно малых ее концентрациях и о коагуляции пленок видны только редкие прямолинейные образовамеди в капли при высоких. Сворачивание меди в капли ния шириной 10 nm и длиной до 1 µm (рис. 5, a), то способствует разрушению каналов протекания электрина снимках (рис. 5, b) пленок с концентрацией 9 at.% Cu ческого тока и уменьшению электропроводности, а также наблюдается большое количество усов и многолучевых модификации описанных выше оптических свойств за звезд. Как правило, у звезд наблюдается 5-6 лучей.

счет поглощения света поверхностными плазмонами в При увеличении 120.000 (рис. 5, c) можно увидеть, что сферических и несферических медных нанокластерах.

структура лучей неоднородна. Они представляют собой 2.6. А н а л и з ф у н к ц и й f (r) и p(r).

цепочки выстроенных в линию вытянутых эллипсов или Функция (r), а также получаемая из нее функция ромбов, соприкасающихся ребрами. В центре ромбов p(r) связаны как с геометрией формы частицы (они просматривается светлое углеродное ядро. Среднее расколичественно описывают набор отрезков, соединяющих стояние между этими ядрами (45 nm) соответствует элементы объема частицы), так и с распределением упомянутому периоду осцилляций.

внутричастичных неоднородностей. Так для однородного Легко видеть, что увеличение содержания меди до шара радиуса R функция p(r) достигает максимума при 14 at.% приводит к качественно новым особенностям в rm, причем rm/2R = 0.525. При r > 2R = L функция интервале от 8.6 до 4.9 nm. На зависимости в указанном p(r) =0. Значение rm/L может служить одним из критеинтервале наблюдается наклон с D = 0.92. Осцилриев анизометрии формы частицы. В случае сплюснутых ляции на зависимости немного сглаживаются, что, почастиц удобно использовать функцию f (r) =r(r), так видимому, свидетельствует о том, что при этой конкак в случае ламелярных частиц число расстояний в центрации формируется более толстый слой меди, деплоскости равно 2rI(r) =2p(r)/r [19].

корирующий эти цепочки, чем для случая концентрации Для анализа формы и размеров агрегатов из рассеива9 at.% Cu. Действительно, на ПЭМ снимках с 14 at.% Cu телей, которые мы оценили выше, рассмотрим функцию внутренняя структура усов уже практически не разреf (r) (рис. 6). Отметим, что ордината линии 1 на рис. шается, так как они покрыты сплошным слоем меди.

увеличeна в 5 раз по сравнению с исходной (линия 1a), Ширина усов тоже практически не изменяется. Кроме а ордината для 24 at.% уменьшена в 50 раз (линия 4).

этого, в малых углах появляется участок с размерностью Анализ поведения функции f (r) для исходной пленки D = 3.78, что, по-видимому, можно связать с кристали его сравнениe с известными литературными даннылизацией меди в более крупные ограненные частицы, ми [19], а также выполненный расчет позволяют сделать которые наблюдаются на концах лучей (рис. 5, d). Провывод о том, что агрегаты из наночастиц, присутствуюстранство между эллипсами заполняется медью, шерохощих в a-C : H, близки по форме к сплюснутому трехосноватости сглаживаются и образовываются металлические му эллипсоиду с осями a : b : c = 3.6 : 10.7 : 29.2nm[20].

проводящие трубки, внутри которых находятся углеродДаже предварительный расчет для рассеяния на агрегате ные ядра. Вероятно, именно многочисленные образовав форме плоского диска диаметром 29.2 nm и толщиния таких трубок приводят к значительному увеличению ной 3.6 nm демонстрирует удовлетворительное соответпроводимости этих пленок и к открывающимся возможствие между экспериментальными (кривая 1) и расчетностям применения этих пленок в электронике.

ными данными (кривая 5).

При 18 at.% Cu участок с размерностью D = 0.92 знаИз рисунка также следует, что введение 9 и 14 at.% Cu чительно уменьшается, и при приближении к 24 at.% Cu практически не влияет на положение первого максимума вообще не наблюдается.

(3.4 и 3.2 nm), однако появляется второй максимум При 24 at.% Cu, как видно из рисунка, общая форма зависимости f (r) приблизительно при 8.8 и 11.2 nm зависимости на первом и третьем участках симбатна соответственно. Причем, как показывает расчет, макисходной. Однако в центре наблюдается протяженный (7.3-2.1nm) участок с размерностью D = 5.48. Это симальное расстояние в частице, оцененное по хвосту хорошо коррелирует как со средним размером кристал- функции f (32 nm) = 0, увеличилось по сравнению с лической фазы, равным 6.4 nm по данным РФА, так нелегированным образцом на 3 nm. Это увеличение и с широким максимумом при 6-10 nm на функции расстояния до 32 nm означает, что введение уже 9 at.% Cu Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. Структура пленок аморфного гидрированного углерода, легированного медью Рис. 6. Функция f (r) = p(r)/r для аморфного гидрированного углерода, легированного медью с концентрацией, at.% Cu:

1a —0 (исходная зависимость), 1 —0 (ордината увеличена в 50 раз), 2 —9, 3 — 14, 4 —24 (ордината уменьшена в 50 раз), 5 — (расчет для плоского диска диаметром 29.2 nm, толщиной 3.6 nm).

приводит к образованию у агрегата внешней медьсодер- Таким образом, медь, являясь карбидонеобразующим жащей оболочки толщиной1.5 nm. материалом, переходя в матрицу аморфного гидрированного углерода, занимает в ней позиции, обладающие Возникновение второго максимума на зависимости f (r) для 9 и 14 at.% Cu соответствует нарастанию медно- минимальной энергией, т. е. в процессе формирования го слоя по двум плоскостям эллипса сначала до 2.7 nm, пленки происходит упорядочение, приводящее как к а потом до 3.8 nm с обеих сторон. абсорбции единичных атомов меди фрагментами графитоподобных структур с типичными размерами (радиусом Для 24 at.% Cu форма зависимости f (r) позволяет корреляции) порядка единицы нанометров [9], так и при заключить, что частицы приобретают форму вытянутого отсутствии незанятых фрагментов в ближайшем окружеэллипса вращения с осями 11:11:33 nm. Максимум f (r) нии термализующихся медных атомов к формированию такого эллипса должен находиться при 5.5 nm, что и видно на рисунке. нанокристаллов меди. В процессе абсорбции атомов меди матрицей, наноразмерные графитоподобные агреАнализ отношения rm/L функции p(r) для 0, 9, гаты, содержащие абсорбированные атомы меди, прои 24 at.% Cu приводит к последовательности 0.3, 0.4, странственно повторяют геометрические особенности 0.48, 0.5 соответственно, что дает нам основание для предположения о том, что частицы все более округляют- более крупных структурных элементов, содержащихся в исходной матрице. Эти образования визуализированы ся, обрастая оболочкой по плоскостям. Это приближает нами с помощью ПЭМ и исследованы с помощью РМУ.

их форму к сфере, так как для однородной сферы rm/L = 0.525 [20]. Механизм формирования нанокластеров обоих типов приводит как к увеличению поверхности межфазного Нельзя также исключить, что такие особенности в разрыва, так и к увеличению удельной поверхности строении агрегата существуют уже для нелегированной ансамблей нанокластеров, содержащих медь. Последнее пленки, а с увеличением концентрации меди происходит лишь их декорирование (например, по интеркаляцион- в свою очередь приводит к резкому увеличению сечения рассеяния рентгеновских лучей как массивными ному механизму) атомарной медью или более крупными медными нанокластерами. С дальнейшим увеличением медными нанокластерами, так и графитоподобными клаконцентрации меди до 24 at.% функция f (r) снова при- стерами, содержащими абсорбированную медь, а также обретает вид, характерный для рассеяния однородным к возбуждению специфических для рассматриваемых эллипсоидом вращения [20]. объектов колебаний поверхностных плазменных волн, Физика твердого тела, 1999, том 41, вып. 2096 Т.Н. Василевская, С.Г. Ястребов, Н.С. Андреев, И.А. Дроздова, Т.К. Звонарева, В.Н. Филипович локализованных на нанометровых масштабах и детекти- [11] В.И. Иванов-Омский, А.Б. Лодыгин, С.Г. Ястребов. ФТТ 37, 6, 1693 (1995).

руемых спектроскопически. Взаимодействие поверхност[12] V.I. Ivanov-Omskii, V.I. Siklitsky, A.A. Sitnikova, A.A. Suvoных слоев приводит к изменению и взаимозависимости rova, A.V. Tolmatchev, T.K. Zvonariova, S.G. Yastrebov. Phil.

состояний формирующихся в процессе синтеза матеMag. B76, 6, 973 (1997).

риала нанофаз, что приводит к перестройке структуры [13] К. Борен, Д. Хафмен. Поглощение и рассеяние света сети медьсодержащих кластеров и к существенной момалыми частицами. Мир, М. (1986). 660 с.

дификации как высокочастотных, так и низкочастотных [14] P.B. Johnson, R.W. Christy. Phys. Rev. B6, 12, 4370 (1972).

свойств слоев при концентрации легирующей добавки, [15] Р. Хейденрайх. Основы просвечивающей электронной мисоответствующей порогу протекания.

кроскопии. Мир, М. (1966). 466 с.

В заключение сформулируем следующие выводы.

[16] Г.М. Плавник. Кристаллография 24, 737 (1979).

Обнаружена корреляция между спектральными, элек- [17] Г.М. Плавник. Кристаллография 29, 210 (1984).

[18] Р. Жюльен. УФН 157, 2, 339 (1989).

трическими и структурными свойствами a-C: H: Cu.

[19] A. Guinier. Small-angle scattering of X-rays. J. Wiley, N..

Результаты проведенного исследования оптических (1955). 268 p.

свойств аморфного гидрированного углерода, легиро[20] O. Glatter. J. Appl. Cryst. 12, 166 (1979).

ванного медью, свидетельствуют о существовании двух типов оптически активных проводящих наноразмерных включений на основе меди — сферических капель и ”плоских” — цилиндрических медьсодержащих кластеров. Существование в исследованном материале медных структур с характерными размерами, близкими к размерам, полученным из анализа оптических данных, подтверждается данными РФА и РМУ.

В пленках сформирована развитая поверхность раздела, образованная в основном наночастицами размером 0.5 nm, что следует как из анализа функции распределения частиц по размерам, так и из анализа кривых интенсивности РМУ.

При введении в a-C : H медь декорирует возникающие там в процессе синтеза углеродные образования (агрегаты). Медь также входит в агрегаты в виде нанокластеров с характерными размерами в несколько нанометров.

Работа выполнена в рамках Российской научнотехнической программы ”Фуллерены и атомные кластеры” и при финансовой поддержке РФФИ (проект № 9703-32273a).

Список литературы [1] J.C. Angus, C.C. Hayman. Science 241, 8, 913 (1988).

[2] C. Laurent, E. Kay. J. Appl. Phys. 65, 4, 1717 (1989).

[3] N.E. Bazieva, S.G. Yastrebov, V.F. Masterov, A.V. Prichodko.

Mol. Mat. 4, 143 (1994).

[4] V.I. Ivanov-Omskii, A.V. Tolmatchev, S.G. Yastrebov. Phil.

Mag. B73, 4, 715 (1996).

[5] Е.С. Солдатов, В.В. Ханин, А.С. Трифонов. УФН 168, 2, 217 (1998).

[6] В.И. Иванов-Омский, В.И. Сиклицкий, С.Я. Ястребов. ФТТ 40, 3, 185 (1998).

Pages:     | 1 || 3 |



© 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.