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

В приведенной формуле Δаmax не зависит от размера кристалла. По этому, если Δа< Δаmax , 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

2. Эксперимент

2.1 Образцы

Хлорид натрия образует кристаллы с кубической симметрией. Более крупные ионы хлора образуют плотную кубическую упаковку, в свободных узлах которой расположены ионы натрия.

Рис.1 Кристаллическая решетка NaCl 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 Å

Параметром элементарной ячейки Si - 5,430 Å

Δа<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 H2O*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.

2.2 Установка

Схема сканирующего электронного микроскопа приведена на рис 2.

Рис. 2 Общая схема установки

Установка включает в себя

· 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.