Исследование форм кристаллов NaCl, выращенных из водного раствора на подложке кремния с ориентациями 111 и 100, на сканирующем электронном микроскопе - Химия курсовая работа

Главная

Химия
Исследование форм кристаллов NaCl, выращенных из водного раствора на подложке кремния с ориентациями 111 и 100, на сканирующем электронном микроскопе

Эпитаксия - ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Исследование форм кристаллов NaCl, образуемых при сублимации из водного раствора; структурное соответствие эпитаксиальных пар по срастающимся граням и отдельным рядам.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.


Исследование форм кристаллов NaCl, выращенных из водного раствора на подложке кремния с ориентациями 111 и 100, на сканирующем электронном микроскопе
Последние полвека усиленно исследуется явление эпитаксии: механизм зарождения, ориентации и формирования пленки, образование в ней дефектов. Вызвано это тем, что в процессе эпитаксиального роста образуются монокристаллические ориентированные пленки, которые используются в электронике, микроэлектронике и других областях современной техники для изготовления полупроводниковых приборов самого разнообразного назначения.
Исследования позволили достигнуть существенных успехов в понимании эпитаксии. Обнаружено много важных фактов, вскрывающих различные стороны эпитаксиального роста, особенно с помощью электронно-микроскопического наблюдения, например при помощи растрового электронного микроскопа, в основе работы которого лежит сканирование поверхности образца электронным зондом и детектирование возникающего при этом широкого спектра излучений; это позволяет получать информацию о морфологии поверхности и определять химический состав образца.
Вместе с тем эти наблюдения выявили большую сложность эпитаксиального роста, его крайнюю чувствительность к многочисленным и тонким параметрам процесса, влияния на него особенностей и состояний различных кристаллизующихся материалов и самих подложек. Именно это многообразие затрудняет создание общей аналитической модели явления эпитаксии, которая могла бы быть положена в основу конкретных экспериментальных работ над получением монокристаллических эпитаксиальных пленок.
Касаемо исследования форм кристаллов NaCl, образуемых при сублимации из водного раствора, следует отметить, что работы в этой область были начаты ещё в начале прошлого века, однако интерес к этому вопросу жив до сих пор.
Очень важным является выдвинутый Руайе принцип структурного соответствия эпитаксиальных партнеров по срастающимся граням и отдельным рядам.
Под структурным соответствием подразумевается подобие элементарных параллелограммов срастающихся сеток.
Руайе полагал, что возможно ограниченное несходство параметров в плоскости срастания не более чем на 15% (Да=(а подл - а осадка )/ а подл < 15%).
Позднее обнаружилось большое количество исключений из правила Руайе о допустимости указанного различия параметров решетки. Так KI нарастает ориентировано на NaCl, не смотря на различие параметров в 25%. RbI нарастает закономерно на NaCl при Да=30%.
Для того, чтобы сохранить и для этих отступлений справедливость принципа Руайе, прибегли к сравнению кратных плоских сеток и плоскости срастания, т.е. использовали принцип Руайе, но не для одного элементарного параллелограмма подложки и одной пленки, а для соизмеримости m-сеток и подложки и n-сеток нарастающей фазы. Однако, было показано, что если m и n менять только в пределах от 1 до 3 и 12% несоответствие считать хорошим, то при различных комбинациях m и n эпитаксия осуществляется даже при различиях в интервале от 70 до 130%. Тем не менее, несмотря на недостаточное постоянство, с которым осуществляется принцип Руайе, структурное соответствие играет весьма положительную, а чаще основную роль, облегчая или делая в принципе возможным эпитаксиальное срастание.
В 1933-1934 гг. Финчем и Кворрелом была выдвинута идея поверхностного псевдоморфизма. Она сводилась к предположению, что на самой начальной стадии формирования эпитаксиальная пленка принимает те же параметры решетки, которые имеет подложка.
Так как эта гипотеза не противоречила установившемся теоретическим представлениям и, будучи основана на эксперименте, давала им новое подтверждение, то она была встречена положительно и в свою очередь стимулировала дальнейшую теоретическую разработку идей, основанных на деформации двумерного зародыша.
Принципиальную сущность эпитаксии с позиции двумерного зарождения раскрывает теория П.Д. Данкова. Считая, что эпитаксия возникает в момент образования двумерных зародышей, Данков рассмотрел два конкурирующих процесса: образование трехмерных зародышей новой фазы и возникновение на подложке двумерного (А 2 ) с учетом его деформации при различии Да параметров элементарных параллелограммов, сопрягающихся по плоскости срастания кристаллических решеток
Где А д 2 - работа образования деформированного двумерного зародыша; А 2 0 - работа образования недеформированного двумерного зародыша; Е д - энергия деформации и А 3 - работа образования трехмерного зародыша.
Так как А 2 0 << А 3 , то условие эпитаксии можно записать еще проще: Е д <А 3
От величины Е д будут зависеть направление процесса образования новой фазы (ориентированно или неориентированно) и ее скорость, которая пропорциональна exp(-Е д /kT).
Далее Данков, используя А 3 (равную 2а 2 у для зародыша в форме куба со стороной а), выразил через модули упругости и сдвига кристалла (С 11 и С 12 ) предельную величину несоответствия подложек и субстрата (Да max ), при которой еще может происходить эпитаксиальное нарастание
В приведенной формуле Да max не зависит от размера кристалла. По этому, если Да< Да max , то вероятность образования двумерного зародыша будет всегда больше, чем трехмерного.
Г. Близнаков уточнил формулу Данкова, введя в нее пересыщение.
Формула Близнакова содержит дополнительный множитель
Где - работа отрыва инородной частицы от подложки; - работа отрыва от своей ближайшей частицы; - работа деформации; S - логарифм коэффициента пересыщения; Т - абсолютная температура и k - постоянная Больцмана.
Теория Данкова и формула Данкова-Близнакова качественно верно описывают большое число явлений эпитаксии, по крайней мере, тех, где соответствие подложки с нарастающим кристаллом играет основную роль.
эпитаксия кристалл подложка срастание
Хлорид натрия образует кристаллы с кубической симметрией. Более крупные ионы хлора образуют плотную кубическую упаковку, в свободных узлах которой расположены ионы натрия.
Кристаллическая решетка NaCl представляет собой две ГЦК решетки (Na и Cl, соответственно), сдвинутые относительно друг друга на половину ребра куба. Внутри куба находятся 4 атома натрия и 4 атома хлора. Элементарная ячейка имеет объем, вчетверо меньший объема куба, а базис состоит из двух атомов - атома натрия и атома хлора.
Параметром элементарной ячейки NaCl - 5, 620 Е
Параметром элементарной ячейки Si - 5,430 Е
Да<1%, что удовлетворяет принципу Руайе.
При обычном, не ориентированном, росте кристаллов поверхность, на которой происходит кристаллизация, не оказывает ни какого влияния на сам процесс роста. В процессе же эпитаксии происходит срастание вещества подложки с кристаллизующимся веществом. Возникает так называемый промежуточный эпитаксиальный слой (ПЭС). Полученные в этом процессе кристаллы являются в некотором смысле продолжением кристаллической решетки подложки и поэтому имеют такую же ориентацию
Подложка из монокристаллического кремния протравливается в растворе H 2 O*HF наполовину (одна половина протравливается, другая - нет). Затем на обе половинки наносится ненасыщенный раствор NaCl. При комнатной температуре и атмосферном давлении.
Полученные образцы были просканированы на электронном микроскопе.
Схема сканирующего электронного микроскопа приведена на рис 2.


· пушку, эмитирующей электроны; эффективный диаметр источника электронов, составляет около 50 мкм.
· Магнитные линзы, состоящие каждая из проволочной обмотки, на которую подаётся постоянный ток, окруженной железной оболочкой, проецируют уменьшенное изображение источника на поверхность образца. Взаимодействие электронов с полем смещает электронный пучок к осевой линии аналогично световому пучку, проходящему через выпуклые линзы, используемые для фокусировки света. Сила линз регулируется изменением силы тока, проходящего через обмотку. Чтобы получить удовлетворительное уменьшение размера источника электронов, используются 3 линзы как показано на рисунке 1. Первые две линзы в такой системе известны, как «конденсорные », конечная линза «игольчатого типа», в которой нижние полюсные наконечники имеют небольшой диаметр, чтобы минимизировать магнитное поле вблизи образца.
Рабочий вакуум порядка 10 -5 Па обеспечивается турбомолекулярным насосом.
Пучок электронов от пушки проходит через электромагнитные линзы, где фокусируется магнитным полем, имеющим осевую симметрию, после чего попадает на образец.


Рис.3.1. Вольфрамовая нить накаливания
Источником электронов является эмиттер электронов с отрицательным потенциалом до 50 кВ, который ускоряет электроны в направлении образца. Эмиттер представляет собой вольфрамовую нить накаливания (диаметр около 0,1 мм), изогнутую и приваренную к ножкам, смонтированным на изоляторе. Нить нагревается током примерно до 2700 К; электроны получаю достаточно большую энергию, чтобы преодолеть потенциальный барьер поверхности. Если температура нити слишком низка, электроны, вылетающие с боковых частей нити накала, наравне с электронами, выходящими с кончика нити накала будут участвовать в формировании зонда, увеличивая размер конечного пятна.


Сетка или «венельт» (Рис. 3.2) имеет отрицательный потенциал относительно катода и ограничивает эффективную площадь эмиссии областью вблизи вершины катода. Анод представляет собой заземленную пластину с апертурой для прохождения пучка.
Первичные электроны, проникающие в образец, взаимодействуют с электронами внешних оболочек атомов объекта, передавая им часть своей энергии. Происходит ионизация атомов образца, а высвобождающиеся в этом случае электроны могут покинуть образец и быть выявлены в виде вторичных электронов. Они характеризуются очень малой энергией до 50 эВ и поэтому выходят из участков образца очень близких к поверхности.
Глубина слоя, дающего вторичные электроны, составляет 1...10 нм. Вторичные электроны обеспечивают максимальную в сравнении с другими сигналами разрешающую способность порядка 5...10 нм. Поэтому они являются в РЭМ главным источником информации для получения изображения поверхности объекта. Количество образующихся вторичных электронов слабо зависит от атомного номера элемента. Основным параметром, определяющим выход вторичных электронов, является угол падения пучка первичных электронов на поверхность объекта. Таким образом, вариации наклона микроучастков поверхности вызывают резко выраженные изменения в выходе вторичных электронов. Этот эффект используется для получения информации о топографии поверхности.
Вторичные электроны регистрируются с помощью «сцинтиллятора», который светится при бомбардировке электронами, свет преобразуется в электрический сигнал фотоумножителем. Однако вторичные электроны излучаются с энергиями в несколько электрон вольт(эВ) и должны быть ускорены, чтобы на выходе сцинтиллятора иметь подходящую величину сигнала. По этой причине на металлический слой на поверхности сцинтиллятора подаётся положительный потенциал ~10кВ.
Перед головной частью сцинтиллятора установлена сетка, на которую подаётся напряжение смещения для регулировки сбора электронов. При положительном смещении ~ +200 В вторичные электроны, излучаемые с низкой энергией, проходят через сетку и ускоряются по направлению в сцинтиллятору.


Вторичные электроны с низкой энергией (SE) притягиваются положительным потенциалом +200 В на сетке и ускоряются с помощью +10 кВ, приложенных к сцинтиллятору; свет, произведенный сцинтиллятором, проходит через «световод» к внешнему фотомуножителю, который преобразует свет в электрический сигнал; обратно рассеянные электроны (BSE) также при этом регистрируются, но гораздо менее эффективно, поскольку имеют энергии гораздо выше и слабо отклоняются потенциалом сетки.
Обратнорассеяные электроны (BSE) образуются при упругом рассеянии первичных электронов на большие (до 90 o ) углы. Первичные электроны, испытав ряд взаимодействий с атомами образца и теряя при этом энергию, изменяют траекторию своего движения и покидают образец. Важной особенностью эмиссии отраженных электронов является ее зависимость от атомного номера элементов. Если атомный номер материала мал, то образуется меньшее количество отраженных электронов с малым запасом энергии. В областях образца, с высокой концентрацией тяжелых атомов большее число электронов отражается от этих атомов и на меньшей глубине в образце, поэтому потери энергии при их движении к поверхности меньше.
В режиме регистрации вторичных электронов была получена топография поверхности образцов.
При исследовании пластинок под микроскопом был зафиксирован рост дендритов, скелетных кристаллов, развивающихся в условиях быстрого роста и высокой степени пересыщения. Главной причиной образования таких форм является то, что к выдающимся частям кристалла или подложки подток питающего вещества более интенсивен, чем к другим частям, которые в результате отстают в росте. Кристалл, как бы стремясь навстречу питательной среде, быстро наращивает массу, но его форма полностью искажается. В результате образуются кристаллические дорожки или «снежинки». Поэтому направление их роста ни как не связанно с ориентацией кристаллов подложки.
1. Волков А. И. Большой химический справочник. М., 2005
2. Journal of Crystal Growth 311 (2009), p 399-403
Технологический, полный тепловой расчет однокорпусной выпарной установки непрерывного действия для выпаривания водного раствора нитрата калия. Чертеж схемы подогревателя начального раствора. Определение температур и давлений в узловых точках аппарата. курсовая работа [404,1 K], добавлен 29.10.2011
Изучение понятия, видов и способов образования кристаллов - твердых тел, в которых атомы расположены закономерно, образуя трехмерно-периодическую пространственную укладку - кристаллическую решетку. Образование кристаллов из расплава, раствора, пара. презентация [6,3 M], добавлен 08.04.2012
Основные виды кристаллов. Естественный и искусственный рост кристаллов. Выращивание кристаллов как физико-химический процесс, требуемое оборудование. Способы образования кристаллов. Выращивание монокристаллов из расплава, растворов и паровой фазы. реферат [57,3 K], добавлен 07.06.2013
Примеры применения монокристаллов. Семь кристаллических систем: триклинная, моноклинная, ромбическая, тетрагональная, ромбоэдрическая, гексагональная и кубическая. Простые формы кристаллов. Получение перенасыщенного раствора и выращивание кристалла. презентация [391,6 K], добавлен 09.04.2012
Причины и условия кристаллизации материальных частиц. Теории зарождения и роста идеальных кристаллов в работах Гиббса, Фольмера, Косселя и Странского. Описание точечных, линейных, двухмерных и объемных дефектов. История получения искусственных кристаллов. реферат [21,4 K], добавлен 18.11.2010
Твёрдые кристаллы: структура, рост, свойства. "Наличие порядка" пространственной ориентации молекул как свойство жидких кристаллов. Линейно поляризованный свет. Нематические, смектические и холестерические кристаллы. Общее понятие о сегнетоэлектриках. курсовая работа [55,4 K], добавлен 17.11.2012
Расчет установки для непрерывного выпаривания раствора нитрата калия, для непрерывного концентрирования раствора нитрата аммония в одном корпусе. Определение температур и давлений. Расчет барометрического конденсатора и производительности вакуум насоса. курсовая работа [529,5 K], добавлен 15.12.2012
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Исследование форм кристаллов NaCl, выращенных из водного раствора на подложке кремния с ориентациями 111 и 100, на сканирующем электронном микроскопе курсовая работа. Химия.
Техническое обслуживание рулевого управления трактора МТЗ-100
Реферат: Понятие качества в трудах Аристотеля
Сочинение Письмо Пожилому Человеку
Курсовая работа: Научно-технический прогресс в экономике
Линий Связи Реферат
Материал Исследования В Дипломной Работе
Курсовая работа по теме Lexical transformation translation
Дипломная работа по теме НЛП в рекламе как метод воздействия на потребителя
Курсовая работа: Создание предприятия. Скачать бесплатно и без регистрации
Дипломная Работа На Тему Место И Значение Офис-Менеджера В Структуре Управления Современного Предприятия
Дипломная работа по теме Понятие и порядок производства осмотра места происшествия на предварительном следствии
Қазақстан Эволюциясы Эссе
Сочинение Про Хобби На Английском
Оформление Курсовой Титульный
Курсовая работа по теме Нация: проблема определения и методология исследования
Моя Любимая Игра Сочинение
И м сеченов учение о рефлексах
Реферат: Современная система бизнеса
Контрольная работа: Схемы и процедуры сертификации
Реферат по теме Система уравнений Максвелла в сплошной среде. Граничные условия
Защита авторских и смежных прав в Республике Казахстан - Государство и право курсовая работа
Анализ проявлений острой сосудистой недостаточности - Медицина реферат
Использование музейных технологий на уроках Отечественной истории в 7 классе (на материале культуры и быта России XVII-XVIII вв.) - Педагогика дипломная работа