Тонкие плёнки

Тонкие плёнки (англ. thin films) — тонкие слои материала, толщина которых находится в диапазоне от долей нанометра (моноатомного слоя) до нескольких микрон^[1].

Описание

Тонкие плёнки могут быть твёрдыми или жидкими (реже — газообразными). Состав, структура и свойства тонких плёнок могут отличаться от таковых для объемной фазы, из которой образовалась тонкая плёнка. К твёрдым тонким пленкам относятся оксидные плёнки на поверхности металлов и искусственные плёночные покрытия, формируемые на различных материалах с целью создания приборов микроэлектроники, предотвращения коррозии, улучшения внешнего вида и т. п.^[1]

Жидкие тонкие плёнки разделяют газообразную дисперсную фазу в пенах и жидкие фазы в эмульсиях; образование устойчивых пен и эмульсий возможно только при наличии ПАВ в составе пленок. Жидкие тонкие плёнки могут возникать самопроизвольно между зернами в поликристаллических твёрдых телах, если поверхностная энергия границы зерна превышает поверхностное натяжение на границе твёрдой и жидкой фаз более, чем вдвое (условие Гиббса–Смита). Газообразные тонкие плёнки с заметным временем жизни могут возникнуть между каплей и объемной жидкостью в условиях испарения.^[1]

Определение толщины тонких пленок часто проводят методами, основанными на измерении интенсивности отражённого света, например, при помощи эллипсометрии; используют также электрические методы, основанные на определении ёмкости и проводимости тонких плёнок. Для изучения твердых тонких плёнок применяют электронную микроскопию, рентгеновскую спектроскопию и другие методы, разработанные для исследования поверхности твердых тел. Получение тонких пленок и тонкопленочных покрытий лежит в основе ряда современных областей техники, прежде всего микроэлектроники.^[1]

Получение и свойства

Нанесение тонких плёнок на подложку может осуществляться различными методами, наиболее часто используемые в научных исследованиях методы:

• CVD-процесс,
• PVD-процессы, в том числе
  • вакуумное термическое распыление.

Оказалось, что объекты, имеющие столь малые размеры, кардинально меняют свои свойства. Например, у столь малых объектов меняется температура плавления, степень переохлаждения и межплоскостное расстояние по сравнению с массивными объектами.

Феномологическая термодинамика объясняет столь необычные свойства увеличением роли поверхности с уменьшением объекта, ведь при уменьшении размера тела его объём уменьшается пропорционально $r^3$ , а площадь поверхности — $r^2$. Соответственно отношение S/V ведёт себя как 1/r.

Благодаря этому силы поверхностного натяжения, которые в массивных образцах не играют существенной роли, в нанообъектах становятся существенными. А поскольку силы поверхностного натяжения действуют в приповерхностном слое, их действие можно уподобить приложению внешнего давления, которое, как известно, может изменить как температуру плавления, так и межплоскостные расстояния.

С тонкими плёнками связаны такие явления, как технологии получения высокого вакуума, процессы и различные механизмы формирования пленок, многокомпонентные системы, технологические аспекты напыления, методы исследований, получения подложек и др. Исследование данных объектов имеет решающее значение для совершенствования микроэлектронных устройств и для науки в целом.

См. также

• Виртуальный институт по нанопленкам (VINF)

Примечания

1. ↑ ^{1 2 3 4} Саранин Александр Александрович, Шляхтин Олег Александрович Тонкие плёнки «Словарь нанотехнологичных терминов». РОСНАНО. Архивировано из первоисточника 9 апреля 2012. Проверено 7 декабря 2011.

Литература

• Тонкие пленки // Химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская энциклопедия. С. 607–608.