Morphology of Islet Systems Formed During Melting of Continuous Bi Films on Ge and SiO2 Substrates

(1)

А А

-

А

J

OURNAL OF

N

ANO

-

AND

E

LECTRONIC

P

HYSICS

7 №

1, 01024(4cc) (2015)

Vol.

7 No 1, 01024(4pp) (2015)

2077-6772/2015/7(1)01024(4)

01024-1



2015

Х

и

,

и

и а

ии

чi а ьe и SiO

2

а

Аг г

*

бХАгАг

бХ г г

Х ц

Х

ХВ. .Х

,

.

, 4, 61022

бХ

Э Х22.10.2014; Х Х Х– 11.03.2015рХ online 25.03.2015)

- , в

Bi Ge SiO2

. бХ Х Х Х Х Х Х Х Х Х

SiO2 Х Х Х Х Х Х Х Х Х . в

Х Х Х Х Х Х Х гХ бХ Х

Х Х Х Х Х Х Х Х Х Х

Х бХ Х Х Х Х Х Х

Х Х Х - г

а: Х бХ бХ Х , Х Х в

.

PACS numbers: 68.55.J –, 68.08.Bc, 68.37.Hk

*

_{aleksandr.p.kryshtal@univer.kharkov.ua}

1. Х

Х

Х Х

Х

гХ

бХ

Х

бХ

Х

бХ

Х

-

Х

гХ

,

Х

в

Х Х

Х

Х Х

гХ

Х

бХ

Х

бХ

Х

в

,

в

бХ Х

Х

в

Х Х

Х

бХ Х

в

Х Х

Х

бХ

Х

бХ

Х Х

Х

гХ

Х Х

Х

в

Х

-

Х

Х Х

бХ в

Х

в

Х Х Х

Х

гХ

Х

бХ

Х

в

Х

Х Х

Х

[1, 2,

и]гХ

Х

в

Х

бХ

Х

Х Х

Х

Х [й]гХ

,

Х Х

,

Х

,

Х

в

бХ

Х Х

Х

в

Х

бХ

Х

в

Х

г

Х

в

Х

бХ Х Х

Х

Х [жбХ

к]гХ Х

Х

Х Х

Х

,

Х

,

Х

Х Х

Х

гХ

Х

бХ

Х

бХ

Х

в

бХ

Х Х

Х

Х[лб

7,

н]гХ Х

Х

,

Х

Х Х

в

Х

гХ

Х

в

Х

в

бХ

Х

бХ

Х

бХ

Х

Х Х

Х

гХ

в

бХ

Х Х

Х

бХ

Х

Х Х

Х

г

Х

Хчi

,

Х ХSiO

2

ХьeХ

гХ Х

Х

Х Х в

Х Х

ХчiбХ Х Х

Х–

Х в

Х

Х «

Х

»Х

Х

в

Х Х

Х

гХ

Х

Х чi

-

ьeХ

Х

Х Х

в

Х

гХ

Х

в

Х

ХчiХ Х

в

Х

Х Х

Х

в

Х

г

2. Х

Х Х

Х

Х зХ

Х

: Bi/SiO

2

Х чiдьe

.

ХчiдSiO2

Х

в

Х

Х Х

Х

ХчiХ Х

в

Х и



10

– 6

г г Х

Х

Х зке

гХ

Х

Х Х

Х

в

Х

Х Х

Х

в

гХ

Х

чiХ

Х

в

Х Х

бХ

Х

Х Х

Х

бХ Х

Х

в

бХ

Х

Х чiдSiO

2

Х

в

Х

Х чiгХ

Х

Х чiдьeбХ

Х

Х SiO2

(2)

Аг г

А

,

АгАг

,

г г

.

А

-

.

7 , 01024 (2015)

01024-2

Х йе

-50

Х

гХ

Х

в

Х

в

Х

Х Х

Х

гХ

Х



30 бХ

в

Х

Х Х

Х

-

Х

гХ

Х

Х Х

Х

Jeol JSM-840.

Х

-

Х

Х в

Х

бХ

Х Х

Х

Х Х

Х

Х чiгХ

Х

Х Х

в

Х

Х [о]гХ

Х

в

Х

Х Х

бХ Х

в

Х

в

г

3. Х

Х

.

жХ

Х

-Х

Х

Х ХSiO2

ХьeХ

гХ

бХ

Х

в

Х Х

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

гХ

Х

ХчiдSiO

2

Хжим

±

5 ХЭ

г

ж

).

Х

Х в

Х чiдьeХ

:

Х

бХ Х

Х

Х Х

Х

бХ

Х

Х Х

Хле

-90

ХЭ

г

ж ЮгХ

в

Х

гХ

Х

Х Х

Х

в

гХ Х

Х

в

Х Х

Х

в

Х

,

бХ

Х

гХ Х

Х

бХ

Х

Х Х

в

бХ

Х

бХ Х

Х

гХ

Х

Х Х

Х чiдьeбХ

бХ

Х

Х Х

Х

бХ

в

Х Х

Х

Х ХьeХ

г

Х

в

Х

бХ

Х

Х Х

в

Х

гХ

бХ

Х

г

ж Х Х

. 1

в

Х

≈

24 Х

Х ХSiO2

ХьeХ

гХ

в

бХ

Х Х

Х

Х Х

Х

Х

400 бХ Х Х

Х

ХчiдьeХ

Х Х

Х

500-700

Х

б

Х

Х Хжее

Х

Х Х

Хи

гХ

Х

и . 1– - Х Х в

Х , Х Х Х Х

Х Х ХSiO2Э бХ ЮХ ХьeХЭ, ЮХ гХ в Х Х пХ бХ бХ –  24 , в– 200

Х

в

Х

NS(R)

Х

ХЭ

. 2).

бХ

Х

Х чiдSiO

2 Х

Х

,

Х

Х Х

Х

рХ

Х

N(R)

бХ

Х

в

Х

NS(R)

Х

NV(R)

гХ Х

Х

чiдьeХ

Х

в

Х Х

ХЭ

.

з ЮгХ

Х

Х Х

Х

бХ

Х

г

и . 2– Х Х Х Х Х Х

Х чiдSiO2ЭaЮХ Х чiдьeХ Э ЮХ Х Х Х в

Х Хзй

Х

в

Х

в

Х Э

г

и ЮХ Х

Х

Х в

бХ Х

Х

ХЭ

г

и ЮХ

Х

гХ

бХ

Х

ХчiдSiO

2

бХ

Х

в

Х

R

Э

г

и ЮХ Х

Х

в

Х

Х Х

Х

гХ

Х

в

Х

C

Х

Х Х

Х

в

Х

ХЭ

г

и

).

Х

Х Х

в

Х

бХ

Х

бХ Х

Х

в

Х

R

v

,

Х

Х Х

(3)

Х

…

Х А Х Х Ё ХBI

…

.

А

-

.

7 , 01024 (2015)

01024-3

Х

Х Х

в

Х

R

v

Х

жеебХ Х Х

Х

Х чiдSiO

2

Х Х

Х лгХ

Х

в

Х

Х Х

Х

ХЭ

г

3 ).

и г 3– Х Х Х Х ХR

(a) Х Х Х ХC (ЮХ Х Х

Х ХhХЭ– Bi/SiO2,  – Bi/Ge)

Х

в

Х

бХ

в

Х Х

Х[

10 ]Х Х

Х

Х Х

Х[

1].

Х

h

Х

Х Х

Х

R

Х

в

Х



Х

п

3 sin

1 cos

/

R

h

f











 

,

(1)

Х



–

Х

в

Х

‚Х

f

–

Х

гХ Х

Х

[4

]Х

Х

бХ

Х

в

Х

Х Х

в

Х

ХчiбХSnХ ХSiХ

бХ Х

в

бХ

Х

в

Х Х

Х

-

Х

Х Х

в

Х

-бХ

Х

-Х -Х

-

гХ

Х

бХ

Х



Х

Х Х

Х

бХ Х Х

Х ЭжЮХ

Х

Х Х

Х

R



h,

Х Х

Х

Х чiдS

iO

2

Э

г

и ЮгХ

Х

Х Х

Х

бХ Х

R ~ (1/N)

1/2

гХ

Х

в

Х

Х Х

Х

K ~ NR

2

бХ Х Х

Х

_N

Х

_R

Х

бХ

Х

в

Х

гХ

Х

Bi/SiO

2бХ

Х

ХшХ

Х Х

Х

Х Э

. 3

ЮгХ

Х

бХ

Х

Х чiХ Х SiO

2

Х

в

Х Х

Х

гХ

Х

в

Х

бХ

Х

в

Х

ХчiХ ХьeХ

Х

в

гХ

Х

бХ Х

Х

бХ Х

бХ

Х Х

в

Х

бХ

Х Х

Х

бХ

Х в

Х Х

Х

Х Х

гХ Х

Х

,

Х

в

Х

гХ

бХ

Х

бХ

Х ЭжЮ

,

в

Х Х

Х

в

Х

гХ

Х

Х Х

Х

ХЭ

г

зЮХ

Х

ХчiХ

Х

в

бХ

Х ХSiO

2

ХьeХ

гХ

Х

в

Х

Х Х

Х

бХ Х

Х



300 бХ

Х

,

Х Х

Х

в

бХ

Х

гХ

Х





75 °

Х

Х ЭжЮХ Х

Х

f/



Х

[4

]Х

Х



15 %,

Х

R / h



16. Х

в

Х

Х Х

Х

в

Х

–

R / h



22. Х

Х

R(h

ЮХ Х

Х

в

бХ Х

Х

NV(R

ЮХ

гХ

Х

в

Х



5 %гХ

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

гХ

,

Х

Х Х

Х

бХ

Х

Х Х

в

Х

-

гХ

Х

Х чiХ Х SiO

2

бХ Х

Х Х

Х

Х Х

Х

,

Х

бХ

в

бХ

Х

бХ

Х

Х Х

в

ХХ

гХ Х

ХчiдьeХ

в

Х

-Х

Х

в

бХ

Х

в

Х Х

Х

ьeбХ

Х

Х цu

-Ge

[11]

бХ

Х

в

Х

гХ

бХ

Х

в

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

в

Х

Х Х

Х бХ

бХ Х

Х

Х ьeХ

гХ

Х

в

Х

Х Х

ХчiдьeХЭ

г

ж

).

Х

бХ Х

Х

в

Х

в

Х

в

ХчiХ ХьeХ ХSiO

2

Х Х

Х

Х Х

Х

Х Х

Х

гХ

бХ

Х

бХ

Х

Х Х

Х

в

бХ

Х

Х Х

Х

в

Х

гХ

бХ

Х

Х Х

Х

в

Х

Х Х

Х

гХ

А

Х

Х Х

Х

(4)

Аг г

А

,

АгАг

,

г г

.

А

-

.

7 , 01024 (2015)

01024-4

Morphology of Islet Systems Formed During Melting of Continuous

Bi Films on Ge and SiO

2

Substrates

A.P. Kryshtal, A.A. Minenkov, S.S. Dzhus

V.N. Karazin Kharkiv National University, 4, Svobody Sq., 61022 Kharkov, Ukraine

The results of electron microscopic studies of arrays of nanoparticles formed by melting of solid poly-crystalline Bi films on amorphous Ge and SiO2 substrates are presented. It has been shown that the islet structure with a small spread of particle’ size has formed as a result of self-organization during the melting of bismuth on an inert SiO2 substrate. The connection between the basic characteristics of these particles and the thickness of the initial films were determined. It has been shown that melting of bismuth on the amorphous germanium substrate leads to formation of disordered arrays of nanoparticles. The morphologi-cal structure of these ones depends on the nature of interaction between the components of the film-substrate interface.

Keywords: Thin films, Wetting, Film agglomeration, Scanning electron microscopy.

і

и и

,

и а

і

и і

чi а ьe а SiO

2

і

а а

г г

бХ г г

є

бХ г г

Х ц

ХХ

Х

ХВ. .Х

бХ .Х

бХйбХл1еззХ

бХ

Х Х - Х Х Х бХ в

Х Х Х Х Х ХчiХ Х ХьeХ ХSiO2 ХгХ

бХ Х Х Х Х Х Х Х Х SiO2 Х в

Х Х Х Х Х Х Х Х бХ Х Х Ь Х Х Х

Х Х Х гХ бХ Х Х Х Х Х в

є Х Х Х Х Х Х бХ Х

Х Х є Х Х є Х Х Х Х - Хг

і а: Х бХ бХ Х бХ Х .

1. D.J. Srolovitz, M.G. Goldiner, JOM-US47 No 3, 31 (1995). 2. C. Schrank, C. Eisenmenger-Sittner, E. Neubauer, H. Bangert, A. Bergauer, Thin Solid Films459, 276 (2004). 3. J. Petersen, S.G. Mayr, J. Appl. Phys.103, 023520 (2008). 4. S.V. Dukarov, S.I. Petrushenko, V.N. Sukhov,

I.G. Churilov, Probl. At. Sci. Tech.1(89), 110 (2014). 5. W. Kan, H. Wonga, J. Appl. Phys.97, 043515 (2005). 6. A.P. Kryshtal, Appl. Surf. Sci.321, 548 (2014).

7. G.R. Carlow, R.J. Barel, M. Zinke-Allmang, Phys. Rev. B 56, 12519 (1997).

8. A.P. Kryshtal, N.T. Gladkikh, R.V. Sukhov, Appl. Surf. Sci.257, 7649 (2011).

9. N.T. Gladkikh, S.P. Chizhik, V.I. Larin, L.K. Grigoryeva, S.V. Dukarov, Phys. Chem. Mech. Surf.4 (11), 3465 (1987).

10. г г бХ г г бХ г г бХ гАг

-бХ 39 № 6, 1205 (1975) (Ya.Ye. Geguzin, Yu.S. Kaganovskiy, V.I. Kibets, N.A. Makarovskiy, FMM39 No 6, 1205 (1975)).

11.A.P. Kryshtal, R.V. Sukhov, A.A. Minenkov, J. Alloy.