Плавлення, кристалізація та дифузійна активність в шаруватих плівкових системах Al/M/Al та Ge/M/Ge (M=In, Sn, Bi, Pb)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМ. В.Н. КАРАЗІНА

НАУКОВИЙ ФІЗИКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР

УДК 538.975

ПЛАВЛЕННЯ - КРИСТАЛІЗАЦІЯ ТА ДИФУЗІЙНА АКТИВНІСТЬ В ШАРУВАТИХ ПЛІВКОВИХ СИСТЕМАХ Al/M/Al та Ge/M/Ge

(M = In, Sn, Pb, Bi)

01.04.07 - фізика твердого тіла

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізико-математичних наук

Богатиренко Сергій Іванович

Харків - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у Харківському національному університеті імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України та у Науковому фізико-технологічному центрі МОН та НАН України.

Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор

Гладких Микола Тимофійович,

професор кафедри експериментальної фізики

Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України.

Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор

Косевич Вадим Маркович, завідувач кафедри теоретичної та експериментальної фізики Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут" Міністерства освіти і науки України;

доктор технічних наук, професор

Змій Віктор Іванович, начальник лабораторії Національного наукового центру "Харківський фізико-технічний інститут" НАН України.

Провідна установа: Київський національний університет ім. Тараса Шевченка, кафедра кріогенної та мікроелектроніки, м. Київ.

Захист відбудеться “17” червня 2005 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.03 у Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна (61077, м. Харків, пл. Свободи, 4, ауд. ім. К.Д. Синельникова).

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна (61077, м. Харків, пл. Свободи, 4).

Автореферат розісланий “16” травня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д 64.051.03 В.П. Пойда

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інтерес дослідників до нанооб'єктів зумовлений у першу чергу особливостями їх фазового і структурного станів, а також унікальними фізико-хімічними якостями, що не властиві для макроскопічних об'єктів. Так, встановлено зниження температур плавлення, випару і поліморфних перетворень у малих частинках, зміну параметра ґратки, механічних, електричних і магнітних властивостей, відомі їх підвищена каталітична активність тощо. Варто також згадати про квантові розмірні ефекти (наприклад, резонансний ефект тунелювання електронів, квантовий ефект Джозефсона, магнітні квантові ефекти тощо), які проявляються у малих частинках тоді, коли їхні розміри стають сумірними з такими параметрами електронів провідності, як довжина хвилі де Бройля електронів на поверхні Фермі, довжина вільного пробігу, довжина когерентності тощо. Усі ці властивості можуть бути використані при створенні нових матеріалів і пристроїв на основі нанооб'єктів. Використовуючи методи зонної інженерії та інженерії хвильових функцій можна конструювати квантоворозмірні структури (квантові ями, квантові дроти і точки, структури з тунельно-прозорими бар'єрами, фотонні кристали тощо) із заданим електронним спектром і необхідними оптичними, електричними та іншими властивостями. Тому такі структури є дуже привабливими для використання у приладобудуванні, зокрема для створення транзисторів нового типу з розмірами близько 1 нм (одноелектронний транзистор на нанокластері), лазерів на квантових ямах, зчитуючих магнітних пристроїв, дія яких ґрунтується на ефекті гігантського магнітоопору, що виникає в шаруватих металевих магнітовпорядкованих середовищах із товщиною шарів у кілька нанометрів.

Однак через надзвичайну чутливість нанооб'єктів до умов препарування при їхньому одержанні доводиться контролювати велику кількість фізико-технологічних параметрів, зокрема структуру і матеріал підкладки, її температуру, робочий тиск і склад залишкових газів, швидкість осадження тощо. Для одержання плівок заданого складу і стану ці параметри найчастіше добирають емпірично. Природньо, що подальший розвиток досліджень у напрямку створення або використання матеріалів на основі нанооб'єктів неможливий без чіткого розуміння процесів і явищ, які відбуваються в таких структурах. Одним із важливих явищ, безпосередньо пов'язаних із процесами конденсації, є залежність від розміру температури фазового переходу кристал - рідина.

Експериментальні дані, накопичені протягом останніх кількох десятиліть для острівцевих і частково суцільних плівок, як вільних так і на нейтральних аморфних підкладках, свідчать про зниження температури плавлення зі зменшенням їх характерного розміру. Також встановлено, що величина переохолодження, яка спостерігається при кристалізації плівок, отриманих у досить чистих умовах, залежить від характеру їх взаємодії з підкладкою. У випадку слабкої взаємодії острівців з підкладкою, мірою якої може бути кут змочування острівцями підкладки, при крайових кутах, більших 130?, величина переохолодження наближається до 0,4Тs (Тs - температура плавлення масивних зразків).

Інтенсивний розвиток наноелектроніки і нанотехнологій, що спостерігається останнім часом, стимулював до постановки якісно нових задач, на перший погляд несумісних між собою, зокрема поєднання нанорозмірів частинок із довговічністю та стабільністю відтворюваності властивостей частинок при контакті з іншими матеріалами і за умов роботи при високих температурах. Так, зокрема, особлива увага дослідників і технологів сьогодні прикута до поведінки нанооб'єктів у твердотільних матрицях. Це викликано у першу чергу перспективністю практичного застосування таких матеріалів (алюмінієві композити, зміцнені нанорозмірними включеннями іншого компоненту, аморфні матеріали, тонкоплівкові і гетероструктурні компоненти мікроелектроніки й оптотроніки наступного покоління, магнітом'які і магнітотверді матеріали, інтегровані мікроелектромеханічні пристрої, електричні акумулятори й інші перетворювачі енергії). Для таких систем важливим є їх температурна стабільність. З літературних джерел відомі лише окремі і часто суперечливі дані про розмірну зміну температури плавлення малих часток у матриці. За такої неоднозначності експериментальних даних важко визначити, коли зміна температури плавлення зумовлена малістю характерного розміру, а коли іншими причинами, наприклад, процесами на границі частинка - матриця, що визначають ступінь взаємодії компонентів. Важливо також відзначити, що запропонований у свій час П.І. Павловим (1909), термодинамічний підхід, який базується на врахуванні зростаючої ролі поверхневої енергії при зменшенні розміру і який, зазвичай, використовується для пояснення зміни температури плавлення вільних частинок для випадку, коли наночастинки знаходяться у твердотільній матриці, зустрічається з протиріччями. Усе це вказує на необхідність подальшого пошуку нових підходів для з'ясування закономірностей, що визначають особливості властивостей нанооб'єктів, впроваджених у твердотільну матрицю. Таким чином, актуальними є питання про характер і величину, а також про природу розмірної зміни температури фазового переходу кристал - рідина в системах, коли більш легкоплавкий компонент впроваджений у матрицю з більш тугоплавкого компоненту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота пов'язана з виконанням науково-дослідних тематичних робіт, проведених на кафедрі фізичних технологій фізико-технічного факультету Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна, Наукового фізико-технологічного центру МОН та НАН України відповідно до плану фундаментальних досліджень з фізики Міністерства освіти і науки України, а також у межах проекту під патронатом фонду Леонарда Ейлера (Німеччина), а саме: "Поверхневі явища, фазові перетворення і структура в конденсованих плівках" (номер держреєстрації 0197U002487); "Особливості фазового і структурного стану нанодисперсних плівок" (номер держреєстрації 0100U003286); "Зміна температури плавлення в бінарних шаруватих плівкових системах" (номер держреєстрації 0102U000440); "Фазові перетворення і дифузійна активність у шаруватих плівкових наносистемах" (номер держреєстрації 0103U004204); "Фазові перетворення рідина - кристал у шаруватих системах на основі вісмуту, кремнію і германію" (номер держреєстрації 0103U005740); проекти під патронатом фонду Леонарда Ейлера (DAAD) (номер А02/02846 та А03/17556).

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи - встановити закономірності розмірної зміни температур фазових переходів плавлення - кристалізація і дифузійної активності в шаруватих плівкових системах Al/M/Al і Ge/M/Ge (M = In, Sn, Pb, Bi), компоненти яких мають фазову діаграму евтектичного типу при практично повній нерозчинності компонентів у твердому стані.

Для досягнення зазначеної мети необхідно було вирішити такі основні задачі:

провести комплексні експериментальні дослідження, спрямовані на визначення температур плавлення та величини переохолодження при кристалізації рідкої фази та дифузійної активності в шаруватих плівкових системах Al/M/Al і Ge/M/Ge (M = In, Sn, Pb, Bi);

з'ясувати характер зміни температури плавлення, зумовлений малістю характерного розміру, і узгодити його з еволюцією фазової діаграми для випадку, коли один із компонентів є тонкою нанорозмірною плівкою;

обґрунтувати отримані закономірності розмірної залежності температури плавлення нанооб'єктів, впроваджених у твердотільну матрицю, а також дифузійних процесів, які відбуваються при контакті нанодисперсних плівкових систем. Проаналізувати можливість їх використання для пояснення ефектів, що спостерігаються у досліджених наносистемах.

Об'єкт досліджень: двошарові плівки Al/M, Ge/M (M = In, Sn, Pb, Bi) при товщинах шарів ~ 100 нм. Шаруваті плівкові системи Al/M/Al і Ge/M/Ge з різною товщиною плівки легкоплавкого компонента M (10-100 нм) і товщиною плівок Al і Ge ~ 100 нм. Багатошарові плівкові системи Au-Cu з товщиною шарів Au та Cu від ~ 2 нм кожний при загальній товщині плівкової системи до 200 нм.

Предмет досліджень: температура плавлення, величина переохолодження при кристалізації і дифузійна активність у шаруватих плівкових системах, компоненти яких утворюють фазові діаграми двох типів: а) компоненти цілком нерозчинні у твердому стані і необмежено розчинні в рідкому; б) при необмеженій розчинності компонентів у твердому і рідкому станах.

Методи досліджень: для одержання багатошарових плівок у роботі використаний метод термічного випаровування компонентів із незалежних джерел у вакуумі до 5·10-7 мм рт. ст. Для надійної реєстрації незначних змін температури плавлення (~0,2 K) легкоплавкого компонента в шаруватих плівкових системах був розроблений диференціальний метод. Гранична температура визначалася як температура зміни механізму конденсації пара-рідина - пара-кристал при конденсації легкоплавкого компоненту на підкладку з градієнтом температури. Величина переохолодження в шаруватих плівкових системах визначалася за методом виміру електричного опору. Структуру і фазовий склад зразків досліджували методами просвічуючої (ПЕМ) і растрової (РЕМ) електронної мікроскопії, а також електронографії і рентгенівської дифрактометрії. Елементний аналіз складу плівок проводили за допомогою Оже-спектроскопії.

Наукова новизна отриманих результатів.

Встановлено, що температура плавлення тонких (~ 10-100 нм) плівок металів In, Sn, Bi, Pb, які знаходяться між товстими (> 100 нм) плівками Al чи Ge, знижується зі зменшенням їх товщини. У рамках геометричної термодинаміки цьому зниженню температури плавлення співставлена еволюція фазової діаграми компонентів контактуючих шарів за умови що один із компонентів знаходиться в нанодисперсному стані.

Експериментально показана ефективність застосування шаруватих плівкових систем, на прикладі системи Al/Bi/Al для визначення граничних переохолоджень при кристалізації рідкої фази на основі легкоплавкого компоненту, що знаходиться в контакті з тугоплавким компонентом, за умови коли зазначені компоненти утворюють фазову діаграму евтектичного типу, і відповідність цих переохолоджень величинам, отриманим при послідовній конденсації легкоплавкого компонента на підкладці із більш тугоплавкого компонента з градієнтом температури.

Виявлено, що в нанодисперсних шаруватих плівкових системах Cu-Au, які отримані шляхом послідовної конденсації, незалежно від порядку конденсації компонентів при таких масових товщинах плівок, коли основна частина речовини плівки припадає на поверхневі і приповерхні атоми, уже при кімнатній температурі підкладки відбувається формування гомогенного сплаву. При цьому ефективний коефіцієнт дифузії перевищує відомі значення для масивних зразків системи Cu-Au на 10-12 порядків.

На основі аналізу відомих із літератури даних стосовно розмірного зниження температури плавлення та зменшення параметру ґратки показано, що суттєве збільшення дифузійної активності в наночастинках, у тому числі і в шаруватих нанодисперсних плівкових системах, зумовлене, головним чином, поверхневими та приповерхневими вакансіями.

Практичне значення отриманих результатів. Дані стосовно характеру і природи зміни температури плавлення нанооб'єктів, впроваджених у твердотільну матрицю, про температурний гістерезис плавлення - кристалізація в наносистемах, а також про дифузійну активність у таких системах можуть бути використані у сучасному матеріалознавстві, наноелектроніці та в інших галузях науки й техніки, наприклад, для розуміння та пояснення надпластичності нанокристалічних матеріалів за участю рідкої фази нижче температури солідусу. Отримані результати важливі для створення нових матеріалів із незвичайними властивостями (фулерени, нанотрубки, нанокераміка) і конструкційних наноматериалів із підвищеними експлуатаційними характеристиками; для розробки приладів і пристроїв на основі квантових наноструктур (лазери на квантових точках, надшвидкодіючі транзистори, запам'ятовуючі пристрої на основі ефекту гігантського магнітоопору); а також для розробки нових технологічних прийомів і методів, які базуються на принципах самоорганізації. Отримані дані істотно розширюють знання про процеси, що протікають у нанодисперсних системах при зменшенні характерного розміру частинок, впроваджених у твердотільну матрицю.

Дані про розмірну залежність температури плавлення важливі для розуміння характеру взаємодії нанооб'єктів із речовиною матриці і прогнозування властивостей різних наносистем.

На підставі даних про температурний гістерезис плавлення - кристалізація показана ефективність використання шаруватих плівкових систем для визначення переохолодження при кристалізації. При цьому в таких шаруватих плівкових системах спостерігається стабільність величини переохолодження при повторних циклах нагрівання - охолодження для випадку, коли компоненти цілком нерозчинні у твердому стані і мають область розшарування в рідкому. Ці властивості можуть бути використані для виготовлення нанорозмірних терморегулюючих пристроїв на основі вказаних шаруватих плівкових систем.

Розвинені уявлення про дифузійні процеси, які відбуваються в таких системах, можуть бути корисні для прогнозування довговічності і відтворюваності властивостей наносистем при виготовленні композитних матеріалів або приладів на їхній основі.

Особистий внесок здобувача. Автор дисертації виконав усі експериментальні дослідження, викладені в опублікованих у співавторстві наукових працях і в оригінальній частині дисертації: він препарував плівки методом термічного випаровування, розробив диференційний метод для встановлення температури плавлення в шаруватих плівкових системах, провів дослідження температур фазових переходів плавлення - кристалізація в шаруватих плівкових системах диференційним методом та за виміром їх електричного опору, виконав дифрактометричні виміри. Автор брав участь в обговоренні та тлумаченні результатів, обробляв експериментальні дані, виготовляв ілюстративний та графічний матеріали для публікацій.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи були представлені на IX Міжнародному семінарі "Діагностика поверхні іонними пучками" (Запоріжжя, 2000 р.), VIII Міжнародній конференції з фізики і технології тонких плівок (Івано-Франківськ, 2001 р.), 5-й Міжнародній конференції "Фізичні явища у твердих тілах" (Харків, 2001 р.), 6-й Міжнародній конференції "Фізичні явища у твердих тілах" (Харків, 2003 р.), V Міжнародній конференції "Нелінійні процеси і проблеми самоорганізації в сучасному матеріалознавстві" (Воронеж, Росія, 2004 р.), "Каразінські природознавчі студії" (Харків, 2004 р.), Deutsche Physikalische Gesellschaft (Regensburg 2002), а також обговорювалися на наукових семінарах в Інституті прикладної фізики Університету міста Гамбург та в Інституті фізики та фізичних технологій Технічного університету міста Клаусталь.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 13 наукових праць: у тому числі 6 статей у фахових наукових журналах і збірниках наукових праць і 7 у матеріалах і тезах міжнародних наукових конференцій.

Структура і об'єм роботи. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, приміток і списку використаних джерел. Зміст досліджень викладений на 138 сторінках, із яких текст займає 123 стор., 57 рисунків, із яких 3 займають 3 повні сторінки, 5 таблиць. Список використаних джерел, викладений на 13 стор., містить 138 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації та вказано на її зв'язок із науковими держбюджетними програмами, сформульовані мета і задачі дослідження, наукова новизна і практична цінність результатів, викладені основні наукові результати роботи, наведені відомості про апробацію отриманих результатів, публікації, про об'єм та структуру роботи.

У першому розділі „Огляд літератури” зроблено короткий літературний огляд за темою дисертації. Подано наявні експериментальні результати щодо зміни температури плавлення наночастинок залежно від їх характерного розміру (фазовий розмірний ефект), коли частинки знаходяться у вільному стані або на нейтральній аморфній підкладці. Наведено теоретичне обґрунтування цього ефекту. Розглянуто дослідження зміни температури плавлення в системі з нанооб'єктами. Особливу увагу приділено розгляду впливу речовини матриці на характер залежності температур фазових переходів рідина - кристал в системі наночастинка - матриця від розміру включень. Наведено огляд результатів дослідження величини переохолодження при кристалізації рідкої фази в нанодисперсних системах. Проаналізовано літературні джерела, у яких розглянуті взаємодія та дифузійна активність нанооб'єктів.

Проведений огляд однозначно свідчить про те, що температура плавлення вільних частинок у вакуумі або на нейтральній аморфній підкладці знижується зі зменшенням їхнього розміру. Аналогічні результати отримані і для тонких плівок. Також встановлено, що максимальне переохолодження при кристалізації рідкої фази для чистих металів і сплавів складає приблизно 0,4 від температури плавлення масивних зразків і залежить від ступеня її взаємодії з підкладкою. З'ясовано, що в нанорозмірних об'єктах протікання дифузійних процесів суттєво прискорене порівняно з масивними зразками, як при формуванні нанооб'єктів, так і в процесі наступного нагріву та охолодження.

Але, на жаль, ще остаточно не визначено характер зміни температури плавлення та кристалізації наночастинок, впроваджених у матрицю, та загальні закономірності, які спостерігаються при цьому. У той же час у літературі наведені лише окремі розрізнені результати дослідження плавлення - кристалізації тонких плівок металів або наночастинок у твердотільній матриці.

На підставі проведеного аналізу в кінці розділу сформульована мета дисертаційної роботи.

У другому розділі дисертації "Об'єкти та методика дослідження" викладено обґрунтування вибору об'єктів для дослідження температур фазових переходів та дифузійної активності в нанодисперсних системах. Для вивчення зміни температури плавлення в системі наночастинка - матриця і величини переохолодження при кристалізації рідкої фази були вибрані шаруваті плівкові системи Al/M/Al та Ge/M/Ge (M = In, Sn, Pb, Bi), препаровані шляхом послідовної конденсації компонентів при термічному випаровуванні їх із незалежних джерел. Вибір цих систем зумовлений тим, що наявні в літературі дані про розмірну залежність евтектичної температури, коли наночастинка впроваджена в твердотільну матрицю (M-Al та M-Ge), вкрай обмежені та суперечливі одне одному, а для тонких плівок, що знаходяться між двома товстими, більш тугоплавкими плівками із літературних джерел відомі лише окремі розрізнені результати. Указані системи мають фазові діаграми евтектичного типу з повною нерозчинністю в твердому стані та необмеженою розчинністю в рідкому. Крім того, в літературі накопичена значна кількість даних про розмірне зменшення температури плавлення для вільних частинок In, Sn, Pb, Bi, що дає можливість порівнювати та співставляти отримані результати.

Для прецизійного дослідження температури плавлення в шаруватих плівкових системах був розроблений диференціальний метод, який дозволив простежити зміну температури плавлення з точністю, не меншою ніж 0,2 K. Цей метод ґрунтується на тому, що на одній підкладці з попередньо нанесеною вуглецевою плівкою в одних і тих самих умовах поруч із досліджуваною плівковою системою по ширині підкладки препарувалась товста (> 100 нм) плівка легкоплавкого металу (In, Sn, Pb, Bi), яка має температуру плавлення масивних зразків. Після створення градієнту температури уздовж підкладки візуально чітко спостерігаються границі, які відповідають температурам плавлення товстої плівки легкоплавкого компоненту та в досліджуваній шаруватій плівковій системі Al/M/Al чи Ge/M/Ge. Знаючи розподіл температури уздовж підкладки та взаємне розміщення границь, можна однозначно судити про знак і величину зміни температури плавлення в досліджуваній плівковій системі.

Величина переохолодження при кристалізації та температура кристалізації визначалися за зміною механізму конденсації пара>кристал - пара>рідина при конденсації легкоплавкого компоненту (M = In, Sn, Pb, Bi) на підкладку з більш тугоплавкого компоненту (Al або Ge) з градієнтом температур, а також із використанням шаруватих плівкових систем шляхом вимірювання електроопору в циклах нагрівання (вище температури плавлення легкоплавкого компоненту) - охолодження.

Дифузійна активність у шаруватих плівкових системах досліджувалася за допомогою дифракційних методів та виміру електричного опору в циклах нагрівання-охолодження.

Наведено методику препарування та особливості досліджень шаруватих плівкових систем за допомогою просвічуючої (ПЕМ) і растрової (РЕМ) електронної мікроскопії, а також електронографії, рентгенівської дифрактометрії та Оже-спектроскопії.

У третьому розділі "Зниження температури плавлення в шаруватих плівкових системах" викладено отримані результати досліджень характеру зміни температури плавлення в шаруватих плівкових системах Al/M/Al і Ge/M/Ge, препарованих при послідовній конденсації компонентів, які випаровувалися термічним шляхом із незалежних джерел.

За допомогою диференційного методу реєстрації температур плавлення із застосуванням товстоплівкових шаруватих систем Al/M і Ge/M уточнені евтектичні температури для евтектик на основі легкоплавкого компоненту для бінарних систем In, Bi, Pb і Sn з алюмінієм і германієм з точністю, не нижчою 0,2 K. На рис. 1 представлена фотографія підкладки з товстою плівкою Bi та з товстоплівкою системою Ge-Bi.

Усереднені за 5-6 експериментами відповідні значення евтектичних температур для досліджених систем указані в таблиці 1, де наведені також і наявні в літературі відповідні дані. Зокрема видно, що евтектична температура на основі легкоплавкого компоненту в системах Al-In і Ge-Bi не збігається, як вважалося дотепер, з температурами плавлення чистих легкоплавких металів, а розташовується нижче їх.

Дані рентгеноструктурних досліджень шаруватих систем Al-M і Ge-M, які проведені з використанням рентгенівського дифрактометра ДРОН-3М, свідчать про відсутність помітної розчинності компонентів у вказаних шаруватих плівкових системах.

Таблиця 1

Температура контактного плавлення в плівкових системах Al-M і Ge-M

Система	Евтект. темп., Te (?C)
	Експер.	Літерат. Хансен М. , Андерко К. Структура двойных сплавов. 1962. - Т.1,2. - С.1489.
Al-In	155,6	156,4
Al-Bi	269,1	270
Al-Pb	325,3	327
Al-Sn	229,8	228,3
Ge-Bi	268,5	271
Ge-Pb	324,9	327

У результаті проведення низки експериментів, протягом яких препарувалися шаруваті плівкові системи з товстих плівок Аl або Ge та легкоплавкого металу (М/Аl чи М/Ge) і тонкі металеві плівки різної товщини між товстими плівками Аl або Ge (Al/M/Al чи Ge/M/Ge), було встановлено, що температура плавлення тонких плівок In, Sn, Bi і Pb у таких шаруватих системах знижується зі зменшенням їхньої товщини.

Таблиця 2

Температура плавлення в шаруватих плівкових системах

Система	Експеримент
	h (нм)	ДФh (K)
Al/In/Al	25	3,5
Al/Bi/Al	20 25	5,0 3,8
Al/Pb/Al	30	3,0
Al/Sn/Al	20	3,0
Ge/Bi/Ge	40	7,0
Ge/Pb/Ge	20	5,0

Зокрема, на рис. 2 представлено фотографію підкладки із шаруватою плівковою системою Al/Sn/Al при різній товщині плівки Sn та відповідну залежність евтектичної температури Те від товщини плівки олова. Для деяких фіксованих товщин плівок In, Sn, Bi і Pb значення зниження температури плавлення наведені в таблиці 2. Отримані результати корелюють з наявними в літературі даними стосовно зниження температури плавлення нановключень у твердотільній матриці. Усе це дає підстави стверджувати, що стосовно зниження температури плавлення тонкі металеві плівки в шаруватій плівковій системі Al/M/Al і малі частинки вказаних металів у Al матриці поводять себе подібно до острівцевих плівок на незмочуваних підкладках, тобто подібно до окремих частинок, які утворюють з підкладкою кути змочування и ~ 120-130?.

Про це також переконливо свідчать спеціально виконані дослідження температури плавлення тонких плівок Sn на вуглецевій підкладці та між двома товстими вуглецевими плівками і відповідні електронномікроскопічні спостереження.

Проведений у роботі аналіз отриманих результатів свідчить, що для пояснення зменшення температури плавлення недостатньо лише розгляду процесів змочування матеріалом тонкої плівки матриці, а необхідно більш повно враховувати взаємодію компонентів, узагальненою мірою якої може виступати відповідна фазова діаграма та її еволюція при зміні характерного розміру, тобто товщини плівки.

Такий аналіз виконано в роботі з використанням методу геометричної термодинаміки для випадку, коли один із компонентів знаходиться у вигляді масивних зразків, а другий - у вигляді тонкої плівки. Показано, що зі зменшенням товщини плівки спостерігається відповідно асиметричне зміщення фазової діаграми в інтервал нижчих температур (рис. 3).

У четвертому розділі "Переохолодження при кристалізації в шаруватих плівкових системах" викладені результати експериментальних досліджень переохолодження вісмуту при кристалізації на підкладках з Al і Ge та у шаруватій плівковій системі Al/Bi/Al. При цьому для визначення величини переохолодження при кристалізації використані дві методики. За допомогою першої методики досліджувалися формування та стабільність рідкої фази при конденсації легкоплавкого компонента (Bi) на підкладці із більш тугоплавкого компонента (Al чи Ge) з градієнтом температур. Завдяки цьому була отримана інформація про переохолодження сплаву на основі легкоплавкого компонента, який знаходиться в контакті з твердим другим компонентом.

У роботі вперше реалізована друга методика, а саме з використанням шаруватих плівкових систем, у яких плівка легкоплавкого компонента знаходиться між плівками із більш тугоплавкого компонента. Здійснені після конденсації плівок нагрівання та охолодження дозволяють визначити температуру плавлення евтектики на основі легкоплавкого компонента та величину переохолодження при її кристалізації. У цьому випадку практично повністю виключається вплив сторонніх твердих нерозчинних домішок, а при проведення конденсації у високому вакуумі з великими швидкостями - вплив газових розчинних домішок. Єдиною твердою домішкою, яка визначає величину переохолодження, є плівка тугоплавкого компонента.

У результаті виконаних досліджень встановлені значення температур переходу від механізму конденсації парарідина до механізму паракристал при конденсації на підкладку з градіентом температури для вісмуту на алюмінії Тg = 453 K і на германії Тg = 451 K, тобто величини переохолодження складають ДТ = 91 K на Al і ДТ = 93 K на Ge (ДТ=Тs-Тg). За електронномікроскопічними знімками профілів крапель Bi на алюмінієвій або германієвій підкладці методом похилого спостереження визначені величини кутів змочування, які склали ? 120? і ? 68° відповідно.

На підставі виконаних досліджень температурної залежності електроопору в циклах нагрівання - охолодження в шаруватій плівковій системі Al/Bi/Al виявлено температурний гістерезис плавлення - кристалізація для фази на основі вісмуту (рис. 4). Отримане значення величини переохолодження ДТ = 95 K узгоджується з переохолодженням при кристалізації, яке спостерігається при конденсації вісмуту на підкладці із алюмінію.

Спостереження за зміною електричного опору в плівковій системі Al/Bi/Al протягом декількох послідовних циклів нагрівання - охолодження засвідчило, що таким системам властива стабільна відтворюваність величини переохолодження. При цьому найбільш істотна зміна опору, а саме збільшення до ~ 35 %, відбувається під час двох перших циклів, а потім спостерігається різкий спад приросту опору зі зменшенням його приблизно після п'ятого циклу до кількох відсотків. Зміна опору залежно від числа циклів нагрівання - охолодження добре простежується на залежності відносного приросту опору (n - номер циклу) при температурі 370 K від числа циклів (рис.5).

Необхідно відзначити, що якщо приріст опору поблизу температури 370 K зі збільшенням числа циклів згасає, то відношення величини стрибка опору під час охолодження при температурі Tg до опору у вихідному твердому стані при тій самій температурі практично вже після другого циклу перестає залежати від числа циклів (рис.6).

Окремо необхідно відзначити, що зменшення опору при нагріванні відносно лінійної залежності (пунктир на рис. 4) у координатах "" має для всіх циклів нагрівання - охолодження подібний характер, крім нагрівання безпосередньо після припинення конденсації. Це переконливо ілюструє рис.7, на якому представлені зазначені залежності. Як випливає з рис.7, отримані залежності з підвищенням температури фактично розбиваються на досить виражену лінійну ділянку нижче приблизно 400 K, що характеризується енергією активації ~ 0,4 еВ, і на лінійну ділянку в інтервалі 400-500 K з енергією активації ~ 0,26 еВ. При вищих температурах спостерігається збільшення енергії активації до ~ 0,65 еВ, а при наближенні до температури плавлення вісмуту - до ~ 1,3 еВ.

Отримані значення енергії активації ~ 0,26 еВ в інтервалі температур 400-500 K, ймовірно, відповідають енергії активації міжзеренної дифузії вісмуту в дослідженій плівковій системі. Енергія активації ~ 0,4 еВ, очевидно, може бути пов'язана з міграцією до стоків, якими в першу чергу є міжзеренні границі, нерівноважні вакансії, що утворяться при загартуванні з рідкого стану фази на основі вісмуту. Великі значення енергії активації при високих температурах, ймовірно, відповідають розпаду пересиченого твердого розчину алюмінію у вісмуті (~ 0,65 еВ) і об'ємній дифузії алюмінію (~ 1,3 еВ). Для однозначного зіставлення знайдених значень енергії активації відповідним фізичним процесам необхідні додаткові дослідження з використанням системи, компоненти якої мають фазову діаграму більш простого типу, наприклад, типу сигара.

Дослідження електроопору в циклах нагрівання - охолодження двошарових плівок Al/Bi та одношарових плівок Al-Bi, отриманих шляхом одночасної конденсації алюмінію та вісмуту, дали подібні результати відносно температурного гістерезису плавлення - кристалізація. При цьому для вказаних плівкових систем після кількох циклів нагрівання - охолодження спостерігалася втрата провідності, зумовлена розбиванням плівки на окремі ізольовані острівці.

Отримані результати та їхній аналіз свідчать, що шаруваті плівкові системи можуть бути використані для визначення переохолодження при кристалізації бінарних сплавів, компоненти яких практично нерозчинні у твердому стані й утворюють діаграму евтектичного типу, на стадії, коли розплав на основі легкоплавкого компоненту кристалізується, перебуваючи у контакті з твердою фазою на основі другого, більш тугоплавкого компонента.

Із використанням отриманих даних і наявних в літературі результатів, відповідно до яких максимальне переохолодження при кристалізації складає 0,4Тs, оцінені величини міжфазної енергії кристал - власний розплав (уsl) для In, Sn, Pb, Bi. Дані наведені в таблиці 3. У таблиці наведено також результати, обчислені за переохолодженням при кристалізації малих крапель. Значення sl, визначені за вимірами двогранних кутів, утворених границями зерен з невеликою розорієнтацією і границею розділу тверде тіло - розплав, стабілізованої градієнтом температури, для вісмуту і свинцю узгоджуються із величинами sl обчисленими в даній роботі.

Таблиця 3

Зіставлення обчислених значень sl з літературними даними

Метал	, Дж/моль Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем // ГИФМЛ, М. - 1975. - Т.1. - С.235.	sl, эрг/см2
		з даної роботи	за переохолодж. Гладких Н.Т., Дукаров С.В., Сухов В.Н. Переохлаждение при кристаллизации металлов в островковых вакуумных конденсатах // ФММ. - 1994. - 78, Вып.3. - С. 87-93.	за двогр.кутами
In	3265,70	43,5	--
Sn	7201,30	73	59
Pb	4777,14	55	33,3	76 Физико-химические свойства элементов. Справочник. Под редакцией Г.В. Самсонова. К.: "Наукова думка". -1995. - 808 c.
Bi	10885,68	85	54,4	61,3 Физическое металловедение. Под редакцией Р. Кана. М.: Мир". - 1968. - Вып. 3. - 484с. ; 82 Коттрелл А.Х. Строение металлов и сплавов. - М.: Металургиздат. - 1959. -288 с.

У п'ятому розділі "Дифузійна активність у шаруватих плівкових системах" на підставі аналізу зниження температури плавлення і розмірної залежності енергії утворення вакансій у наночастинках зроблено оцінки коефіцієнту дифузії в таких об'єктах. Також експериментально досліджена дифузійна активність у шаруватих нанодисперсних плівкових системах при формуванні сплаву у випадку, коли компоненти повністю розчинні в твердому та рідкому станах, на прикладі системи Au-Cu. На підставі проведених спостережень оцінені значення енергії активації дифузії та коефіцієнта дифузії в указаній системі.

Показано, що при вакансійному механізмі коефіцієнти об'ємної і поверхневої дифузій у наночастинках значно збільшуються зі зменшенням їхнього розміру, перевищуючи на багато порядків коефіцієнт об'ємної дифузії в масивних зразках. Зокрема, для частинок розміром 5 нм це збільшення складає у 102 та 1015 разів відповідно.

Методами електронографії та Оже-спектроскопії досліджена дифузійна активність у шаруватих плівкових системах Cu-Au і Au-Cu змінної товщини (20-3 нм) при співвідношенні товщин плівок міді і золота 1:1, отриманих шляхом послідовної конденсації шарів при кімнатній температурі підкладки. Виявлено, що незалежно від порядку конденсації компонент при препаруванні системи, коли товщина плівок така, що основна частина речовини плівки припадає на поверхневі і приповерхні атоми, уже при кімнатній температурі підкладки відбувається формування сплаву змінного складу за товщиною плівок. При цьому при конденсації Au на Cu формування сплаву спостерігається до більших товщин, ніж при конденсації Cu на Au.

Це вказує на те, що в таких системах при їхньому препаруванні поряд із дифузійними процесами, зумовленими конденсацією, істотну роль відіграє малість характерного розміру, що призводить до значного зменшення енергії утворення вакансій і відповідно до прискорення дифузійних процесів.

Отримані дані дозволяють оцінити коефіцієнт дифузії більш активного компонента, у даному випадку міді. Якщо прийняти, що відповідно до експериментальних даних за час препарування плівок (ф ? 10 с) відбувається дифузійне перемішування в шарі товщиною приблизно 1 нм, то з виразу х2 = D для коефіцієнта дифузії виходить значення , що узгоджується з оцінками, виконаними на підставі аналізу даних щодо зниження температури плавлення і розмірної залежності енергії утворення вакансій у малих частинках. Указані значення коефіцієнта дифузії перевищують відомі значення для макроскопічних зразків на ~ 12 порядків. Це збільшення, ймовірно, обумовлене визначальною роллю вакансій по границях і в приграничних областях контактуючих шарів.

Експериментальні дані, у той же час, указують на те, що навіть при таких малих товщинах шарів при конденсації міді на золото не відбувається формування однорідного розчину.

Тому були проведені експерименти по дослідженню електричного опору багатошарової плівкової системи Au - Cu, яка складається з 40 шарів Au і 40 шарів Cu, товщиною по 2 нм кожний. На рис. 8 показана одна з отриманих залежностей електроопору такої шаруватої системи в циклах нагрівання - охолодження. Видно, що вже після першого циклу практично завершується формування однорідного твердого розчину.

Аналіз поведінки електричного опору в циклі нагрівання - охолод-ження дозволяє оцінити енергію активації процесів, що відбуваються при цьому.

На рис. 9 представлена залежність зменшення електроопору при нагріванні відносно лінійної залежності від температури в координатах "". Із рис.9 видно, що отримана залежність близька до лінійної з енергією активації від ~ 0,43 еВ до ~ 0,54 еВ в експериментах для різних багатошарових зразків із товщинами плівок міді і золота приблизно по 2 нм. Це значення енергії, ймовірно, варто розглядати як енергію активації процесу формування однорідного сплаву із шаруватої плівкової системи, тобто як енергію активації дифузії в такій системі.

Співвідношення між коефіцієнтами дифузії в шаруватій плівковій системі (Dпл) і у випадку макроскопічних зразків (D?) можна оцінити за допомогою виразу

Якщо скористатися значенням Епл = 0,5 еВ, отриманим за зміною електроопору, і відомим для макроскопічних зразків значенням Е? = 1,2 еВ, то при Т = 300 K коефіцієнт дифузії в досліджуваній плівковій системі при товщинах плівок Cu і Au по 2 нм перевищує значення для масивних зразків приблизно на 12 порядків.

Аналізуючи отримані результати необхідно враховувати, що при таких малих товщинах (близько 2 нм) приблизно 2/3 атомів є поверхневими і приповерхневими. Природньо, що і дифузійна активність у шаруватих плівкових системах, які складаються з таких плівок, буде визначатися поверхневими і приповерхневими вакансіями з відповідними енергіями утворення. Це й обумовлює таке значне збільшення дифузійної активності в досліджених нанодисперсних плівкових системах.

ВИСНОВКИ

система нанодисперсний шаруватий плівковий

У дисертації вирішена наукова задача, що стосується встановлення характеру розмірної зміни температур фазових переходів плавлення - кристалізація і дифузійної активності в шаруватих плівкових системах Al/M/Al і Ge/M/Ge (M = In, Sn, Pb, Bi), компоненти яких мають фазові діаграми евтектичного типу.

Основні наукові і практичні результати роботи такі:

Встановлено, що температура плавлення тонких плівок легкоплавкого компонента (In, Sn, Bi, Pb), що знаходиться між товстими плівками більш тугоплавкого компонента (Al, Ge), зменшується зі зменшенням їх товщини. Це зменшення температури плавлення пояснено у межах геометричної термодинаміки еволюцією фазової діаграми компонентів контактуючих шарів, коли один із компонентів знаходиться в нанодисперсному стані.

Показана ефективність застосування шаруватих плівкових систем на прикладі системи Al/Bi/Al для визначення граничних переохолоджень при кристалізації рідкої фази на основі легкоплавкого компонента, що знаходиться в контакті з тугоплавким компонентом, коли вони утворюють фазову діаграму евтектичного типу при практично повній нерозчинності у твердому стані і необмеженій розчинності в рідкому (або при наявності області незмішуваності), і відповідність цих переохолоджень величинам, отриманим при послідовній конденсації легкоплавкого компонента на підкладку з тугоплавкого з градієнтом температури.

Виявлено, що в нанодисперсних шаруватих плівкових системах Cu-Au, які отримані шляхом послідовної конденсації, незалежно від порядку конденсації компонентів при таких малих розмірах частинок, коли основна частина речовини плівки припадає на поверхневі і приповерхневі атоми, навіть якщо підкладка знаходиться при кімнатній температурі, відбувається формування сплаву. Оцінки показують, що ефективний коефіцієнт дифузії при цьому перевищує відомі значення для масивних зразків системи Cu-Au на 10-12 порядків.

На підставі аналізу існуючих даних стосовно розмірного зниження температури плавлення та зменшення параметру ґратки показано, що суттєве збільшення дифузійної активності в наночастинках та в шаруватих нанодисперсних плівках зумовлюють, в першу чергу, поверхневі та приповерхневі вакансії.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ З ТЕМИ ДИСЕРТАЦІЇ

Гладких Н.Т., Богатыренко С.И. Межфазная поверхностная энергия кристалл - собственный расплав для некоторых металлов // Вісник ХДУ, серія "Фізика". - 1998. - № 417. - С. 51-53.

Температура плавления в слоистой пленочной системе Al/In/Al / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, А.А. Филиппов // Вісник ХНУ, серія "Фізика". - 2000. - Вип. 4, № 476. - С. 184-187.

Зависимость коэффициента диффузии в малых частицах от их размера / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, А.А. Филиппов // Известия РАН. Серия физическая. - 2002. - Т. 66, № 1. - С.120-123.

Богатыренко С.И., Гладких Н.Т., Крышталь А.П. Понижение температуры плавления с уменьшением толщины пленок Bi, In, Pb и Sn в Al - матрице // Физическая инженерия поверхности. - 2003. - Т. 1, № 1. - C. 82-88.

Melting point lowering of thin metal films (Me = In, Sn, Bi, Pb) in Al/Me/Al film system / N.T. Gladkikh, S.I. Bogatyrenko, A.P. Kryshtal, R. Anton // Applied Surface Science. - 2003. - V. 219, № 3-4. - P. 338-346.

Supercooling upon Crystallization in Layered Al/Bi/Al Film System / S.I. Bogatyrenko, A.V. Voznyi, N.T. Gladkikh, A. P. Kryshtal // The Physics of Metals and Metallography. - 2004. - V. 97, No. 3. - P. 273-281.

Changes in melting temperature of Al/In/Al layered film / S.I. Bogatyrenko, N.T. Gladkikh, A.P. Kryshtal, A.A. Philippov // Thesis of IX International Workshop "Ion Beam Surface Diagnostics". - Zaporizhzhya: ZISMG. - 2000. - P.28.

Изменение температуры плавления в слоистой пленочной системе Sn-Al / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, В.Н. Сухов // Материалы 5-й Международной конференции "Физические явления в твердых телах". - Харьков: ХНУ им В.Н. Каразина. - 2001. - С. 81.

Понижение температуры плавления тонких металлических (Me = In, Sn, Bi, Pb) пленок в слоистых пленочных системах Al/Me/Al / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, А.А. Филиппов // Материалы VIII Международной конференции по физике и технологии тонких пленок. - Ивано-Франковск. - 2001. - С. 42.

Melting point lowering of thin metal films (Me = In, Sn, Bi, Pb) in Al/Me/Al multilayer film system / A. P. Kryshtal, R. Anton, N.T. Gladkikh, S.I. Bogatyrenko. - Deutsche Physikalische Gesellschaft // Germane, Regensburg. - 2002. - P. 335.

Богатыренко С.И., Гладких Н.Т., Крышталь А.П. Размерная зависимость температуры плавления и переохлаждение при кристаллизации в слоистых пленочных системах Al/Me/Al (Me = In, Sn, Bi, Pb) // Материалы 6-й Международной конференции "Физические явления в твердых телах" - Харьков: ХНУ им. В.Н. Каразина. - 2003. - С. 22.

Понижение температуры плавления и переохлаждения при кристаллизации в слоистых пленочных системах / С.И. Богатыренко, Н.Т. Гладких, А.П. Крышталь, В.Н. Сухов // Материалы V Международной конференции "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении". - Воронеж: ВГТУ. - 2004. - С. 141.

Зниження температури плавлення та стабільність переохолодження в шаруватих плівкових системах Al/Me/Al та Ge/Me/Ge (Me = In, Sn, Bi, Pb) / М.Т. Гладких, С.І. Богатиренко, О.П. Кришталь, В.М. Сухов // Міжнародна наукова конференція "Каразінські природознавчі студії". - Харків: ХНУ ім. В.Н. Каразіна. - 2004. - С. 77.

Богатиренко С.І. Плавлення - кристалізація та дифузійна активність в шаруватих плівкових системах Al/M/Al та Ge/M/Ge (M = In, Sn, Bi, Pb). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 - фізика твердого тіла. - Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2005.

Проведені комплексні дослідження температури плавлення, переохолодження при кристалізації рідкої фази і дифузійної активності в нанодисперсних шаруватих плівкових системах, що формуються при послідовній конденсації компонентів при випаровуванні їх із незалежних джерел. Встановлено, що температура плавлення плівки легкоплавкого компонента (In, Sn, Bi, Pb), що знаходиться між товстими плівками більш тугоплавкого компонента (Al, Ge), знижується зі зменшенням її товщини. У межах геометричної термодинаміки це зниження температури плавлення пояснено еволюцією фазової діаграми компонентів контактуючих шарів з урахуванням ролі міжфазної поверхневої енергії, коли один із компонентів знаходиться в нанодисперсному стані.

Показані ефективність використання шаруватих плівкових систем на прикладі системи Al/Bi/Al для визначення граничних переохолоджень при кристалізації рідкої фази на основі легкоплавкого компонента, який знаходиться в контакті з тугоплавким, та стабільність величини переохолодження в цій системі при багаторазових циклах нагрівання - охолодження.

Показано, що в нанодисперсних шаруватих плівкових системах Cu-Au, отриманих шляхом послідовної конденсації, незалежно від порядку конденсації компонентів при таких малих розмірах частинок, коли основна частка речовини плівки припадає на поверхневі і приповерхні атоми, уже при кімнатній температурі підкладки відбувається формування сплаву. При цьому ефективний коефіцієнт дифузії перевищує відомі значення для масивних зразків системи Cu-Au на 10-12 порядків, що зумовлено визначальною роллю вакансій на границі та у приграничних областях контактуючих шарів.

Ключові слова: фізика тонких плівок, фазові перетворення, температура плавлення, нанооб'єкти, включення, матриця, метали, електронна мікроскопія, електронографія, рентгеноструктурний аналіз, диференційний метод.

Bogatyrenko S.I. Melting - crystallization and diffusion activity in Al/M/Al and Ge/M/Ge (M = In, Sn, Bi, Pb) layered film systems. - Manuscript.

Dissertation to get the degree of candidate of science in physics and mathematics. Specialty 01.04.07 - solid-state physics. - V.N. Karazin Kharkiv National University, Kharkiv, 2005.

Comprehensive studies of melting temperature, supercooling during crystallization of liquid phase and diffusion activity of nanosize layered film systems have been performed. These systems were prepared by consequent condensation of components from separate sources in vacuum. The decrease of the melting point of easy-melted component film (In, Sn, Bi, Pb) between thick Al or Ge film with the decrease of its thickness has been shown. The observed lowering of the melting temperature in our layered film systems has been described on the basis of a thermodynamic approach. This description takes into account the increased role of the interface energy under crystal-melt phase transition and evolution of the binary phase diagram of fusibility with film thickness decreasing.

The efficiency of layered film system employment for determination of ultimate supercooling upon crystallization values has been shown by the example of Al/Bi/Al film system.

The stability of the obtained values of supercooling during crystallization under multiple heating-cooling cycles has also been demonstrated.

It is shown that in Au-Cu nanosize film system obtained via consequent condensation (regardless of layers condensation sequence) the formation of an alloy occurs even at room temperature. This takes place with the particles of such small size when the main fraction of the film material is associated with surface and near-surface atoms. The coefficient of diffusion value in studied system is increased by 10-12 orders of magnitude as compared with value for bulk, which is caused by the dominating role of vacancies in boundary and near-boundary areas of contacting layers.

Key words: thin-films physics, phase transformation, melting temperature, nanoobjects, inclusions, matrix, metals, electron microscopy, electronography, X-ray diffraction, differential method.

Богатыренко С.И. Плавление - кристаллизация и диффузионная активность в слоистых пленочных системах Al/M/Al и Ge/M/Ge (M = In, Sn, Bi, Pb). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математи-ческих наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. - Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, Харьков, 2005.

Проведены комплексные исследования температуры плавления, переохлаждения при кристаллизации жидкой фазы и диффузионной активности в нанодисперсных слоистых пленочных системах, которые формируются при последовательной конденсации компонентов, испаряемых из независимых источников. При помощи специально разработанного дифференциального метода уточнены эвтектические температуры в системах Al-М и Ge-М (М=In, Sn, Bi,

Pb). В частности показано, что температура плавления эвтектик Al-In и Ge-Bi не совпадает, как считалось ранее, с температурой плавления легкоплавкого компонента. Установлено, что температура плавления пленки легкоплавкого компонента (In, Sn, Bi, Pb), которая находится между толстыми пленками компонента с более высокой температурой плавления (Al, Ge), понижается с уменьшением ее толщины. В рамках геометрической термодинамики это изменение температуры плавления объяснено эволюцией фазовой диаграммы компонентов контактирующих слоев с учетом роли межфазной поверхностной энергии, когда один из компонентов находится в нанодисперсном состоянии.

...