Г. А. КИСЕЛЁВ, В. Ю. ФОМИНСКИЙ, Р. И. РОМАНОВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ОБРАЗОВАНИЕ НАНОКЛАСТЕРНЫХ СТРУКТУР

В ПЛЁНКАХ MoSex ПРИ ИМПУЛЬСНОМ

ЛАЗЕРНОМ ОСАЖДЕНИИ

Проведены экспериментальные исследования тонких пленок MoSex, созданных методом импульсного лазерного осаждения. По результатам электронно-микроскопических исследований высокого разрешения рассмотрены возможные механизмы образования нано-размерных образований в структуре пленок.

В работе исследуются особенности микро - и нано-структуры тонких пленок MoSeх, которые представляют значительный интерес для создания нано-композитных тонкопленочных покрытий с улучшенными трибологическими свойствами [1]. Плёнки MoSeх осаждалась на поверхность подложки NaCl и исследовались методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) высокого разрешения. Полученные ПЭМ изображения обрабатывались при помощи программы, написанной в среде программирования Matlab, которая позволяла рассчитать распределение частиц различного контраста по размерам. Осаждение проводилось путём распыления мишени из прессованного порошка MoSe2 интенсивными лазерными импульсами частотой 20 Гц и энергией около 40 мДж. Температура подложки варьировалась в диапазоне 20°–200°С.

Приводятся результаты экспериментальных исследований характеристик распространяющегося плазменного факела и процессов конденсации и осаждения наноструктурных образований на поверхность подложки.

На ПЭМ снимке образца (рис. 1), полученного при комнатной температуре, хорошо заметна большая дисперсия частиц по размерам. В результате обработки снимков было установлено, что в плёнке присутствуют частицы двух типов: 1) частицы размером около 1 нм, имеющие сферическую форму, и 2) частицы размером порядка 20 нм, представляющие собой плоский диск. Предполагалось, что частицы первого типа возникли вследствие конденсации насыщенного пара, полученного в результате импульсного лазерного испарения мишени MoSe2. Частицы второго типа могли образовываться вследствие разбрызгивания жидкой фазы непосредственно с поверхности этой мишени при интенсивном лазерном облучении.

На ПЭМ снимке образца, полученного при нагреве подложки до 200°С видны в основном образования второго типа, что может быть обусловлено влиянием термо-активированных процессов. Нано-размерные кластеры первого типа при такой температуре, вероятно, «растворяются» в объеме пленки вследствие термо-активированного массопереноса и эффективного химического взаимодействия атомов металла и халькогена.

(а) (б)

Рис. 1. Электронно-микроскопическое изображение (на просвет) тонкопленочных образцов, полученных при осаждении MoSeх на подложку NaCl при комнатной температуре (а) и нагретую до 200º С (б)

Исследовано влияние буферного газа (аргона) и СВЧ-инициированной плазмы различных газов на эффективность образования нано-размерных кластеров.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ () и ИНТАС ().

Список литературы

1. Fominski V. et al. Tribological properties of pulsed laser deposited WSex/DLC coatings. Tribology Letters. 2004.V.17.No.2. P.289-294.

2. Marine W. et al. Strategy of nanocluster and nanostructure synthesys by conventional pulsed laser ablation. Appl. Surface Science. 2000. No.154-155. P.354-352.

3. , Сафонов сигналов и изображений. MATLAB 5x. М.: Диалог-МИФИ. 2000.