ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Тонкие пленки из "Курс теории коррозии и защиты металлов " Существует ряд теорий, объясняющих эти законы роста пленки на основании контроля процесса окисления переносом ионов или электронов в тонких пленках по механизмам, отличающимся от диффузного механизма. [c.48] Механизм, который предложили Кабрера и Мотт (J949 г.), исходит и из существования на металле образовавшейся в процессе хемосорбции кислорода пленки, в которой ионы и электроны движутся независимо друг от друга. При низких температурах диффузия ионов через пленку затруднена, в то время как электроны могут проходить через тонкий еще слой окисла либо благодаря термоионной эмиссии, либо, что более вероятно, вследствие туннельного эффекта (квантово-механического процесса, при котором для электронов с максимальной энергией, меньшей, чем это требуется для преодоления барьера, все же характерна конечная вероятность того, что они преодолеют этот барьер, т. е. пленку), обусловливающего высокую проводимость окисной пленки при низких температурах. При этом на поверхности раздела металл— окисел образуются катионы, и на поверхности раздела окисел— газ—анионы кислорода (или другого окислителя). Таким образом, внутри окисной пленки создается сильное электрическое поле, благодаря которому главным образом ионы и проникают через пленку, скорость роста которой определяется более медленным, т. е. более заторможенным, процессом. [c.48] Это уравнение, которое соответствует логарифмическому закону роста пленки (76) при Ь = 1 (см. уравнение 76), в координатах h = f [ g ах -f- 1)J дает при каком-то значении а (определяемом обычно методом подбора) прямую линию, при этом k = = tg а (рис. 25). [c.49] Теория Мотта и Кабреры позволяет прежде всего определить критическую толщину окисной пленки hg, выше которой применима теория образования толстой окалины, а ниже которой необходимо использовать теорию для тонких пленок. [c.50] Если Пн (h) — концентрация ионов в междоузлиях в точке /г, а пз (Н) — концентрация электронов в той же точке, то по закону действующих масс должно быть я (/г) X Пз (h) = onst для любой точки h. [c.50] Аналогичные результаты можно получить и для полупроводников р-типа. [c.51] Если h ho, можно считать и равными друг другу в большей части пленки, что соответствует механизму окисления металлов с образованием толстых пленок (см. с. 56). [c.51] Если А /iq, то в этих условиях электроны быстро проходят через слой окисла благодаря туннельному эффекту, оставляя позади себя ионы металла и переводя хемосорбированный кислород в ионы O , а в пленке устанавливается разность потенциалов V, которая считается постоянной, и поле с напряженностью F = V/h. [c.51] Эта предельная толщина /Гпред существует лишь в том случае, когда температура Т ниже значения W 9k. Выше этой критической температуры последнее уравнение неприменимо. [c.54] Схематический график зависимости логарифма i от h по Хауффе и Ильшнеру приведен на рис. 31. Из этого графика следует, что скорость перемещения электронов вследствие туннельного эффекта определяет скорость образования самых тонких пленок (область /), а скорость переноса ионов — скорость роста более толстых пленок (область II). Так, окисление алюминия во влажном кислороде при 25 С описывается во времени логарифмическим законом, переходящим по мере увеличения толщины окисной пленки в обратный логарифмический закон (рис. 32) переход от логарифмического закона к обратно логарифмическому закону окисления наблюдали у тантала в интервале от 100 до 300° С. [c.55] Вернуться к основной статье