Поверхностная миграция (рост кристаллов)

Поверхностная миграция (рост кристаллов) [c.71]

Разумеется, это справедливо в предположении, что адсорбция не является самой медленной стадией процесса. Неявно также предполагается, что хемосорбированные молекулы и радикалы достаточно подвижны, чтобы во время роста кристалла мигрировать по поверхности. На такое допущение можно пойти с достаточной уверенностью, поскольку миграция поверхностных атомов доказана вполне убедительно (см., например, [68]). [c.76]

Спекание — агрегация небольших кристаллитов при повышенных температурах, приводящее к снижению удельной поверхности. Металловеды изучают это явление ввиду его вал<ности для многих процессов. Методы, используемые в порошковой металлургии, основаны на понимании механизмов процессов спекания и поверхностной диффузии. Скорость миграции и соединение внутренних пустот в металлах, происходящие в ядерных реакторах, управляются процессами поверхностной диффузии [45]. Признано, что процесс роста кристаллов за счет паровой фазы зависит от поверхностной диффузии подвижных адсорбированных атомов [46]. Технология тонких полупроводниковых элементов связана с поверхностной диффузией, определяющей образование ядра и рост эпитаксиальных пленок [47]. [c.142]

Центрами образования поверхностных зародышей могут служить дислокации. Так, Фрэнк [36] предположил, что рост кристалла может происходить на выступе винтовой дислокации (см. разд. У-4В), и в этом случае поверхность развивается по спирали. Хотя явлениям кристаллизации посвящено довольно большое число работ, полной ясности в вопросе, какой именно механизм роста кристаллов играет доминирующую роль, не достигнуто. Бакли [37] отмечает, что картины спирального роста не так уж часты и, более того, спиральный рост наблюдается на вполне развитых и, следовательно, медленно растущих поверхностях. Интерферометрические данные по концентрационным градиентам вокруг растущего кристалла [38, 39] показывают, что в зависимости от кристалла максимальный градиент может наблюдаться как в центре грани, так и вблизи ребер. Со временем картина интерференционных полос может значительно меняться без какой-либо видимой связи с локальными скоростями роста. Ясно, что, рассматривая рост кристаллов, необходимо учитывать возможность миграции частиц от точки осаждения на поверхности к месту ее окончательной локализации. Тем не менее механизм Фрэнка признается многими исследователями, и в отдельных случаях действительно можно наблюдать медленный поворот спирали, образующейся на поверхности кристалла в процессе его роста [40]. [c.305]

Расчет наиболее вероятных стадий осаждения частиц при росте кристалла недостаточен, чтобы полностью объяснить дальнейший рост жизнеспособного зародыша. Возникает вопрос, каким образом при поступлении атомов из паровой фазы осуществляется повторяющаяся стадия (осаждение на полукристаллическом положении), которая по сравнению с другими стадиями осаждения появляется гораздо чаще. Ответ на этот вопрос дает учет процесса поверхностной диффузии (поверхностной миграции), называемой также диффузией Фольмера (см. И и 14.3). Этим процессом обеспечивается высокая подвижность попадающих на поверхность кристалла атомов или молекул благодаря этому становится возможным переход частиц на энергетически выгодные позиции. Экспериментальные доказательства поверхностной диффузии приводятся в главе 14.3, в настоящей главе рассматривается только ее значение для роста кристаллов. [c.316]

Молекулы, адсорбированные на поверхности твердых тел, находятся в непрерывном тепловом движении, и при наличии градиента концентрации в адсорбционной фазе возникает диффузионный поток в направлении градиента. Явление поверхностной миграции было впервые обнаружено в опытах Фольмера и Эстер-мана [61] при исследовании роста кристаллов ртути при —63° С из паров ртути, находившихся при температуре —10° С. Авторы наблюдали большую скорость роста тонких гексагональных кристаллов в направлении плоскости шестигранника. Линейный рост был в 1000 раз больше, чем можно было ожидать для переноса через газовую фазу, исходя из молекулярно-кинетической теории. В последующих работах Фольмера, а также других авторов миграция по поверхности наблюдалась для других систем. [c.56]

Эта оценка показывает, что расстояние, проходимое мигрирующим атомом, весьма значительно. Отсюда следует, что при росте кристалла из пара частота непосредственного попадания молекул к месту образования зародыша мала по сравнению с частотой попадания молекулы в это же место путем поверхностной миграции. [c.51]

Как известно, при формировании электролитических осад ков значительное количество посторонних частиц, находящихся в электролите, включается в осадок в результате адсорбции поверхностно-активных веществ, миграции под действием электрического поля, образования химического соединения с осаждаемым металлом, механического включения и т. д. Одни из них включаются в кристаллическую решетку, другие располагаются по границам зерен. Изменение расстояния между кристаллами может произойти по следующим причинам. Во-первых, это может иметь место вследствие того, что молекулы поверхностно-активных веществ, особенно органических, находящиеся в двойном электрическом слое, под действием электрического поля деформируются, вытягиваясь в определенном направлении. По мере роста кристаллов и перемещения границы двойного слоя в сторону электролита действие поля на включенные молекулы прекращается и последние стремятся принять нормальную форму, раздвигая кристаллы. [c.147]

Механизм пленочной миграции дает возможность объяснить и результаты опытов якутских ученых по образованию гидратных шапок на поверхности песчаных пород. Так как в ходе опытов получены гидратные образования с капиллярной сетью, то удельная поверхность этих образований была высокой, а гидрат представлял собой дисперсное тело. После начала повторного гидратообразования по поверхности мелких кристалликов гидрата началась пленочная миграция влаги к активным центрам роста кристаллов и, таким образом, газогидратный образец оказался окрашенным по всему объему поверхностной пленкой воды. [c.160]

О механизме вакуумного декорирования. Несмотря на то, что к настоящему времени ири помощи метода декорирования проведено уже довольно большое число работ, механизм этого явления остается неясным. Вместе с тем выяснение механизма декорирования позволит определить границы применимости метода и даст возможность более четко интерпретировать полученные результаты. Еще Бассетт [7] отмечал, что, по-видимому, здесь существенную роль играет поверхностная миграция атомов декорирующего металла. Атомы металла, попадая на поверхность кристалла, мигрируюш по ней и, сталкиваясь, образуют агрегаты, которые становятся энергетически устойчивыми после того, как превысят размер критического зародыша. Дальнейший их рост происходит за счет присоединения отдельных атомов, мигрирующих по поверхности. Поскольку образование зародыша на неоднородностях поверхности облегчено, то в этих местах они будут образовываться в первую очередь, что и приводит к эффекту декорирования. Частицы на ступеньках, расположенных в середине террасы, должны быть меньшего размера, чем на гладкой поверхности, и располагаться более часто, а частицы на ступеньках, граничащих с гладкой поверхностью, должны иметь промежуточный размер. Подтверждением этому может быть рис. 3. [c.294]

Эти разрастания уже использовались для электропномнкроско-пического [29, 30] изучения процесса отложения металла на кристаллической поверхности. Первый слой редко распространяется на всю поверхность, даже если средняя толщина отложившегося осадка составляет несколько десятков ангстрем. Рост, по-видимому,, происходит на ядрах, которые быстро приобретают трехмернуЮ структуру обычно они рассеяны весьма равномерно но поверхности, и не существует доказательства, что они связаны с какими-либо особенностями поверхности, за исключением случаев с золотом на каменной соли и подобных ей ионных кристаллах. Для этих систем многие ядра концентрируются вдоль прямых ребер уступов на поверхности кристаллов соли, часть их равномерно рассеяна по уступам, однако примечательно то, что ядра отсутствуют на поверхностях там, где уступы расположены очень близко друг кдругу.. По-вндимому, имеет место поверхностная миграция по направлению к ядрам на ребрах, а также отложение из паров во время утолщения нленки. Эта поверхностная миграция может происходить на расстоянии порядка 100 А. В общем формирование всех пленок происходит приблизительно однотипно ядра разрастаются до тех пор, пока не образуют сетку, которая затем превращается в сплошную пленку, когда толщина достигает 100—200 А. Однако и в этом отношении система золото — каменная соль дает отклонение, и сплошная пленка образуется только тогда, когда толщина достигает 700—800 А. Сплошная пленка фактически представляет собой один большой ориентированный кристалл с площадью поверхности в несколько квадратных сантиметров. Используя метод муаровых изображений, удалось определить, что плотность дислокаций равна 101°—jQii на 1 см" -. Они могут образовываться либо в результате встречи разрастаний от ядер, либо вследствие адсорбции газа на субстрате до отложения пленки. Имеются некоторые указания [31] на то, что монослой кислорода на тантале ингибирует отложение меди. Дальнейшее изучение условий отложения пленок — глубины вакуума, скорости испарения металла, влияния особенностей новерхностей и адсорбированных молекул — крайне желательно. [c.191]

Фольмер (Volmer) и Эстерман изучали миграцию ртути, наблюдая рост и форму ее кристаллов. Панет" пользовался радиоактивными веществами как индикаторами для изучения поверхностного движения. Кокрофт ( o k roft) наблюдал поверхностную миграцию по образованию пленок в местах, защищенных от прямых ударов молекулярного пучка, и по скорости исчезновения адсорбированного вещества. Беккером была изучена дезактивация кислорода, адсорбированного на вольфраме. Цезий и кислород очень быстро соединяются друг с другом в свободном виде с образованием окиси цезия однако когда цезий и кислород адсорбированы вместе на поверхности вольфрама, то не образуется никакого стойкого химического соединения. Частицы цезия, ударяясь о поверхность горячей нити из окиси вольфрама, адсорбируются на ней и по истечении некоторого времени оставляют ее, не вызывая никакого стойкого изменения поверхности. Расчет дает для средней продолжительности жизни атомов цезия на поверхности покрытого кислородом вольфрама значения от 28 до 665 сек. при температурах от 700 до 900° К. [c.68]

V. 2. Доказательства поверхностной миграции. В разделе 1.13 указывалось, что рост кристаллов сейчас принято рассматривать как двухстадийный процесс, при котором молекулы сначала адсорбируются в подвижный слой, а затем мигрируют по поверхности к тем точкам, где они встраиваются в решетку. Такое представление о росте кристаллов возникло главным образом под влиянием экспериментов Фольмера и Эстермана [Volmer, Estermann, 1921], которые кратко можно описать следующим образом. [c.131]

VI. 14. Скорость роста при наличии поверхностной миграции. Совершенно ясно, однако, что такая поверхностная миграция все еще не будет давать скорость роста, соответствующую реально наблюдаемой скорости на кристаллах визуальных размеров, с величиной а, близкой к единице. Если межатомное расстояние в кристалле, скажем, 3 А, тогда среднее расстояние, на которое молекула диффундирует но поверхности составит 3 X 10 А. Площадь вокруг позиции повторимого шага, с которой может происходить сток молекул в эту позицию, будет иметь величину порядка 3 X А . Но кристалл с размером грани 2x2 мм имеет площадь 4 X 10 А , Следовательно, только 10 молекул, ударяющихся о поверхность кристалла, смогут присоединиться к решетке в позиции повторимого шага. Другими словами, согласно расчетам, скорость продвижения моно-молекулярпого слоя могла бы соответствовать величине а, не большей, чем 10" . Это расхождение с экспериментом предполагает, что либо кристалл не растет по механизму повторимого шага, либо метод расчета совершенно не верен. [c.168]

Большое значение для процесса роста криоосадка имеет явление поверхностной миграции частиц, падаю-Ш.ИХ на поверхность кристалла- Сущность этого явления может быть пояснена на двухмерной модели. Молекулы, находящиеся в углах кристаллической решетки, совершают колебательные движения не только в направлении, перпендикулярном поверхности криоосадка, но также имеют составляющую, расположенную в плоскости криоосадка. Периодическая структура решетки кристалла приводит к периодическому изменению потенциала взаимодействия частиц атомного ряда (периодичность потенциальных ям) в направлении, параллельном поверхности криоосадка, как это изображено на рис. 1-11. Энергетическое состояние молекулы, находящейся в потенциальной яме, вызывает поверхностные колебания молекулы в некоторых пределах Хи Хг. Если молекула приобретает энергию Ещ2 большую, чем Ещ, то она может переместиться в положение Хз. [c.24]

Сначала необходимо определить наиболее вероятный путь, по которому протекает рост кристаллов в процессе восстановления. Если восстановление проводят при низкой температуре, когда поверхностная подвижность мала, то, как считает Дауден [9], могут образоваться очень неправильные и дефектные кристаллы. В случае проведения восстановления при более высоких температурах, когда происходит быстрая миграция к центрам с высоким координационным числом и максимальной стабильностью, получаются хорошо окри-сталлизованные частицы металла с малым числом дислокаций, которые для металлов с гранецентрированной кубической решеткой можно аппроксимировать правильным кубо-октаэдром. Такое представление является основой модели, успешно примененной ван Хардевельдом и ван Монтфоортом [10], и поскольку первая модель трудна для количественной обработки, мы будем следовать разработанной ими модели. [c.252]

Выше отмечалось наличие сравнительно грубой зональности, порождающей в растущих кристаллах свили, обусловленные часовыми, суточными и другими колебаниями режима или состояния окружающей среды. Однако с помощью более информативного способа выявления зональных неоднородностей — гидротермального травления — обнаруживается значительно более тонкая ритмическая свилеватость, отражающая колебания условий кристаллизации и захвата примеси с периодом порядка 15—20 мин. В пределах этого периода наблюдается, как правило, убывание концентрации примеси. Следует также указать на существование еще одной разновидности микрозональности, которая обусловлена поверхностной тангенциальной миграцией уступов, образуемых эшелонами слоев роста. Эта разновидность, которая в сущности является псевдозональностью, также образует иногда чередующиеся свили, однако это явление требует более детального изучения. [c.47]

Сокилл [58] провел комплексное исследование превращений в тонких кристаллах азида серебра, которые разлагались в микроскопе под действием электронного пучка. На микрофото--графиях можно было наблюдать появление и рост мелких зародышей серебра, тогда как электронограммы, получавшиеся также в микроскопе на различных стадиях разложения кристалла, постепенно изменялись от характерных для азида серебра к характерным для серебра. Было показано, что образованию кристаллов предшествует миграция атомов серебра в решетке азида, в результате чего небольшие монокристаллы серебра возникают в поверхностном слое азида. Кроме того, под поверхностным слоем образуется сетка из высокодисперсного серебра с элементами структуры размером —0,1 р., приводящая к появлению колец на электронограммах. По-видимому, это Связано с выделением серебра на Дефектах решетки в объеме кристалла. т [c.184]

На растущей грани вхождение ионов в кристаллоте-скую решетку в каждый момент времени происходит по фронту роста пакетов и, вероятно, преимущественно в конце незаконченных рядов атомов, а не но всей поверхности грани. Поэтому при недостаточно большой поверхностной диффузии или миграции разряд ионов может происходить не равномерно по поверхности грани, а преимущественно у точек роста. Кроме того, обычно не все грани кристалла растут с одинаковой скоростью. Поэтому средние значения плотности тока, отнесенные к общей геометрической поверхности кристалла, часто не имеют определенного физического смысла. Тем не менее можпо упомянуть о ряде интересных качественных выводов, кроме указанных выше, полученных обычными методами измерения поляризации. [c.88]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология