Анотація до роботи:

Бібик В.В. Формування фазового складу та електрофізичних властивостей плівкових систем Nі/Fe та Cr/Fe.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07-фізика твердого тіла. –Сумський державний університет, Суми, 2008.

Дисертація присвячена встановленню закономірностей формування структурно-фазового складу і електрофізичних властивостей двошарових плівок Nі/Fe та Cr/Fe . Комплексне дослідження фазового складу, кристалічної структури і дифузійних процесів показало, що фазовий склад шарів плівкової системи та інтерфейсного шару, який утворюється при формуванні плівкової системи, має визначальне значення у формуванні електрофізичних властивостей зразка.

Встановлено, що фазоутворення у плівковій системі Ni/Fe відбу-вається не в повній відповідності з діаграмою стану. Концентраційна неоднорідність двошарової плівкової системи і термічний вплив спричиняють створюють формування і розпад фаз FeNi₃ та FeNi, наявність яких підтверджується електрофізичними дослідженнями.

Отримано рівняння дифузії для двошарової плівкової системи Nі/Fe та розраховано ефективні коефіцієнти взаємної дифузії для системи Cr/Fe у процесі зерномежової конденсаційно-стимульованої і термодифузії.

Проведено порівняння внеску конденсаційно-стимульованої дифузії, іонно-стимульованої, викликаної первинними іонами, та термостимульованої дифузії при відпалі та встановлено, що конденсаційно-стимульована дифузія має на порядок більший вплив у порівнянні із термостимульованою дифузією в системах Ni/Fe і особливо Cr/Fe.

Проведено апробацію теоретичних моделей термічного коефіцієнта опору та коефіцієнта поздовжньої тензочутливості двошарових плівок. Порівняння експериментальних значень із розрахунковими в рамках теоретичних моделей для двошарових плівок, в яких зберігається індивідуальність шарів та співвідношення для сплавів показало, що існує зв’язок як величини ТКО, так і коефіцієнтів тензочутливості зі структурно-фазовим складом плівкових систем.

Отримані дані дали можливість розрахувати залежності для прогнозування ТКО двошарових плівкових систем на основі Ni, Cr і Fe.

У дисертаційній роботі на основі проведених досліджень кристалічної структури і дифузійних процесів методами електронної мікроскопії, вторинно-іонної мас-спектрометрії та оже-спектрометрії і досліджень електрофізичних властивостей встановлена можливість формування заданого фазового складу, а також залежність між структурно-фазовим складом двошарових плівкових систем на основі Fe та Ni і Cr та їх електрофізичними характеристиками.

Результати досліджень формулюються таким чином:

1. Формування заданого структурно-фазового складу в двошарових плівках Ni/Fe та Cr/Fe можливе шляхом зміни режимів термічної обробки та варіації товщин складових двошарової плівкової системи:

- плівкова система Ni/Fe при температурі відпалювання Т_в < 1000К має такий фазовий склад ГЦК-Ni + ОЦК-Fe+Fe₂O₃;

- при Т_в > 1000К зафіксовано утворення т.р. -(-Fe,Ni) і встановлено, що плівкова система Ni/Fe може бути представлена у вигляді тришарового зразка із шарів ГЦК-Ni, проміжного шару твердого розчину -(-Fe,Ni), утвореного за рахунок дифузії та шару ОЦК-Fe; високотемпературне відпалювання не руйнує шаруватість системи через утворення на межі поділу оксидних бар`єрів Fe₂O₃ та Fe₃O₄;

- фазоутворення у плівковій системі Ni/Fe відбувається не в повній відповідності з діаграмою стану; концентраційна неоднорідність у інтерфейсному шарі двошарової плівкової системи і умови термічного впливу створюють передумови для утворення і розпаду фаз FeNi₃ та FeNi, наявність яких підтверджується електрофізичними дослідженнями;

- двошарова плівкова система Cr/Fe при відпалі (Т_в < 700К) зберігає незмінним фазовий склад (т.р. -(-Fe,Cr), який утворюється в інтерфейсному шарі вже на стадії конденсації.

2. Проведено порівняння внесків конденсаційно-стимульованої дифузії, іонно-стимульованої (викликаної первинними іонами при застосуванні методу ВІМС) а також термостимульованої дифузії при відпалі та встановлено, що конденсаційно-стимульована дифузія має визначальний вплив у порівнянні із термостимульованою дифузією в системах Ni/Fe і особливо Cr/Fe. Відмінність коефіцієнта дифузії сягає порядку. Визначено дифузійний пробіг атомів при конденсаційно-стимульованій дифузії l_FeCr = 2,5 нм і l_CrFe = 3 нм та l_FeCr = 1 нм і l_CrFe = 5 нм при термодифузії (Т_В = 673К).

3. Вперше розраховані параметри дифузії та записані рівняння дифузії для двошарової тонкоплівкової системи Ni/Fe :

D_NiFe(T) =(1,12 ± 0,20) 10^-19exp(-9531/RT),

D_FeNi(T) =(0,62 ± 0,20) 10^-19exp(-10432/RT)

та визначені ефективні коефіцієнти дифузії для двошарової системи Cr/Fe:

D_FeCr = 6,510^-19 м²/с, D_CrFe =2,010^-19 м²/с.

4. Установлені зв’язки між впливом температури на і ТКО з одного боку та фазовими перетвореннями в плівкових системах на основі Ni, Cr та Fe з іншого боку.

5. Встановлено, що застосування макроскопічної моделі і моделі плівкових сплавів ТКО у певних діапазонах товщин плівкової системи задовільно описує отримані на основі експериментальних результатів розмірні залежності ТКО. Це може бути пояснено такими особливостями структурно-фазового стану:

- для плівок Ni/Fe більш ефективна макроскопічна модель завдяки вираженій шаруватості структури;

- для плівкової системи Cr/Fe співвідношення для ТКО плівкових сплавів краще відповідає експериментальним результатам оскільки т.р. займає майже весь об'єм тонкої плівки.

6. Розраховані залежності для прогнозування ТКО двошарових плівкових систем на основі Ni/Fe, Cr/Fe.

7. Вперше вивчено тензорезистивний ефект у двошарових плівках Ni/Fe і Cr/Fe, апробовано теоретичні моделі тензочутливості та встановлено, що задовільна ефективність прогнозу зумовлена вибором моделі, яка відповідає реальному структурно-фазовому складу плівкової системи.

Публікації автора:

1. Фазоутворення та дифузійні процеси у плівковій системі на основі Ni та Fe/ В.В.Бібик, С.І.Проценко, А.І.Салтикова, В.О.Яременко//Вісник Сум-ДУ. Серія: Фізика, математика, механіка.-2002.-№5(38)-6(39).-С.66-71.

2. Бібик В.В., Гричановська Т.М., Проценко І.Ю. Електрофізичні властивості плівкових систем на основі Ni та Fe// Металлофиз. новейшие технол.- 2005.- Т.27, № 6.- С.775-784.

3. Дифузійні процеси в нанокристалічних двошарових плівкових системах на основі металів / В.В.Бібик, Т.М.Гричановська, М.Маршалек, О.Б.Проценко, С.І.Проценко// Металлофиз. новейшие технол. – 2006. – Т.28, №6. – С.707 - 715.

4.Магнітотранспортні терморезистивні властивості багатошарових плівкових матеріалів на основі Fe і Cr (огляд)/ В.В.Бібик, Л.І.Однодворець, Н.І.Шумакова, С.І.Проценко // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка.-2006.-№6.-С.47-56.

5. Бібик В.В., Однодворець Л.В., Шпетний І.О. Дослідження методом ВІМС взаємної дифузії атомів у тонкоплівковій системі Cr/Fe // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка.-2006.-№9.-С.91-95.

6. Фазообразование и электрофизические свойства двух- и трехслойных пленок на основе переходных и благородных металлов / В.В.Бибик, Т.М.Гричановская, Л.В.Однодворец, И.В.Чешко, И.Е.Проценко//Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике.- Харьков: ННЦ ХФТИ, 2006.-Т.2.– С.95-106.

7. Тензорезистивні властивості багатошарових плівок Ni/V, Ni/Ti та Cr/Fe / В.В.Бібик, Т.М.Гричановська, Д.П.Дудецький, Л.В.Однодворець, І.Ю.Проценко // Тонкие пленки.- Харьков: ННЦ ХФТИ, 2007.- Т.2. – С.108-119.

8. Особливості дифузійних процесів в двошарових плівкових системах / В.В.Бібик, С.І.Проценко, А.М.Чорноус, І.О.Шпетний // Матеріали ІХ Міжнародної конференції "Фізика і технологія тонких плівок".- Івано-Франківськ: ПрУ, 2003.- С.153.

9. Бібик В., Проценко С., Шпетний І. Особливості температурної залежності опору двошарових плівкових систем // Збірник тез Всеукраїнської конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики "ЕВРИКА-2003".- ЛНУ, Львів, 2003.- С.17.

10. Бібик В., Дехтярук А., Проценко С. Конденсаційно-стимульована і термодифузія в наноплівкових системах на основі Cr i Cu та Cr i Fe // Збірник тез Міжнародної конференції "ЕВРИКА-2004".- ЛНУ, Львів, 2004.- С.265.

11. Фазоутворення і дифузійні процеси у плівкових матеріалах на основі Ni i Fe, Cu i Co та Cr i Fe / В.В.Бібик, С.І.Проценко, І.В.Чешко, Н.І.Шумакова // Тези доповідей на першій науковій конференції з міжнародною участю "Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології".- Кременчук: ІЕНТ, 2004.- С.100-101.

12. Диффузионные процессы в нанопленочных системах на основе Cr и Cu и Cr и Fe / В.В.Бибик, Л.В.Дехтярук, С.И.Проценко, А.Н.Чорноус // Материалы V Международной конференции "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении".- Воронеж: ВПУ, 2004.- Т.1.- С.163-164.

13. Особенности диффузионных процессов в нанокристаллических пленочных системах / В.В.Бибик, М.Маршалек, Е.Б.Проценко, С.И.Проценко// Матеріали 7-ої Міжнародної конференції "Фізичні явища в твердих тілах".- Харків: ХНУ ім.В.Н.Каразіна, 2005.- С.62.

14. Бібик В.В., Маршалек М., Проценко С.І. Магніторезистивні і електрофізичні властивості багатошарових плівкових систем Fe/Cr// Збірник тез Міжнародної конференції "ЕВРИКА-2006" .- ЛНУ, Львів, 2006.- С.А40.

15. Бібик В.В., Проценко С.І. Електрофізичні і магнітотранспортні властивості плівкових систем на основі Fe i Cr // Тези науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету, присвяченої Дню науки в Україні.- Суми: СумДУ, 2006.- С.17.