Анотація до роботи:

Перекрестов В.І. Селективні процеси при знижених коефіцієнтах конденсації.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 01.04.07-фізика твердого тіла. – Інститут електрофізики і радіаційних технологій НАН України.- Харків, 2006.

Дисертація присвячена вивченню і систематизації механізмів структуроутворення конденсатів в умовах прояву фазової і просторово розподіленої селективностей, залежних від хімічного складу пар, що осаджуються, і наближення до фазової рівноваги в системі пара-конденсат.

Створено новий клас іонних розпилювачів, за допомогою яких можна наносити покриття на плоскі поверхні і внутрішні поверхні труб при знижених коефіцієнтах конденсації.

Визначені закономірності прояву селективних процесів при стаціонарному осадженні слабкопересичених парів Ti, Cr, Cu і Al у високочистому інертному середовищі, а також закономірності проявів фазової та просторово розподіленої селективностей за умов стаціонарного осадження металів та вуглецю за допомогою самоузгоджених розпилювальних систем усередині пустотілого катода, що визначає формування різних за "архітектурою" нано- і мікроструктур та росту мікрокристалів різних алотропів вуглецю. Встановлені закономірності прояву фазової селективності при формуванні шарів системи Ti-C.

1. Опромінення поверхні росту конденсатів частками з енергіями, що не перевищують граничну енергію розпилення сконденсованого матеріалу, наближує систему пара-конденсат до фазової рівноваги, яка є необхідною передумовою проявів фазової селективності та просторово розподіленого росту конденсату.

2.Створений новий клас іонних розпилювачів із самоузгодженою зміною осаджуваних потоків і потоків заряджених часток, що діють на поверхню росту, яка визначає стаціонарність конденсації, наявність локальних флуктуацій пересичення безпосередньо над поверхнею росту, а також умови наближення до стимульованої фазової рівноваги в широкому спектрі підведених до розпилювача потужностей.

3. Створена математична модель для розрахунку радіальних розподілів хімічного складу і товщини конденсатів, яка враховує усі геометричні характеристики магнетронної розпилювальної системи із складеними мішенями, а також розподіл потоку іонів над поверхнею розпилення.

4. Механізми структуроутворення шарів у процесі стаціонарної конденсації за умов стимульованого наближення до фазової рівноваги в системі пара-конденсат в основному визначаються відсутністю багатоатомних критичних зародків і ростової коалесцесії, причому установлення адатомом з ростовою поверхнею досить міцних хімічних зв'язків залежить від локального структурно-фазового стану ростової поверхні, що визначає просторово розподілені структурну й фазову селективності.

5. Встановлено, що на початковому етапі високотемпературного (Т_к ~450 ⁰C) осадження на відколи (001) KCl і NaCl надслабких потоків іонно-розпилених атомів Cr, Ti або Al, а також при використанні як робочого газу високочистого Ar при понижених тисках (~1 Па) формується стійка до кристалізації аморфна фаза, стабілізація якої підсилюється наявністю на поверхні підкладки адсорбованого шару домішок, підвищеною енергією зв'язку адатом-домішка, докритичною товщиною, а також збільшенням енергії атомів, що конденсуються. Перехід аморфна фаза кристал в основному визначається підвищенням процесів самодифузії при нарощуванні конденсату до критичної товщини ~2-5 нм, а також супроводжується дифузійними процесами в напрямку аморфна фазакристал.

6. Формування статистично однорідних моношарів слабко зв'язаних один з одним об'ємних нанокристалів Cr, Ti, Cu або Al визначається наближенням до стимульованої фазової рівноваги системи пара-конденсат і підвищеними тисками (~10 Па) високочистого робочого газу, що за умов Фольмера-Вебера і виконання правила Кюрі-Вульфа стимулює формування зародків з об'ємною рівноважної формою на активних центрах підкладки. Зрив просторово розподіленого росту відбувається за умов підвищення швидкості нарощування або зниження температури осадження і супроводжується, як правило, переходом до епітаксійного росту.

7. Одержання тривимірних лабіринтових наноструктур Cr, Ti, Cu або Al за умов осадження надслабких парових потоків і опромінення поверхні росту потоком вторинних електронів визначається анізотропією швидкості росту кристалів у різних кристалографічних напрямках, а також зародженням на границях зрощення об'ємних кристалів базового моношару нових довільно орієнтованих кристалів з об'ємною рівноважною формою.

8. При малих коефіцієнтах конденсації (~0.01-0.07) металів або вуглецю в умовах дії на поверхню росту слабкоенергетичних (< 10-20 эВ) іонів перехід до формування тривимірних лабіринтових шарів відбувається із зменшенням напруженості електричного поля над поверхнею росту і підвищенні тиску робочого газу до 15-20 Па, причому для Cu, Al, Ni, Ta і С відповідна зміна кореляційного коефіцієнта від 4.6 до 0.015 Дж^{-1 о}С^-2 підвищує температуру такого переходу від 120 до 1600 ^оС.

9. При знижених коефіцієнтах конденсації вуглецю в умовах розкладу ацетону всередині пустотілого катода зміна польової селективності на формування надпоруватих структур збігається із зміною фазової селективності у вигляді відповідного переходу від формування шарів графіту до структуроутворення шарів чаоїту.

10. Типовий прояв польової селективності визначається флуктуаціями напруженості електричного поля над поверхнею росту і спостерігається у вигляді формування стовпчастих структур або в утворенні окремих виступаючих над поверхнею росту частин конденсату, як правило, у вигляді монокристалів.

11. Наближення до фазової рівноваги системи вуглецево-титанова пара-конденсат з відповідним співвідношенням складових і умови гранично низьких парціальних тисків (~810^-8Па) залишкових хімічно активних газів визначають утворення нового бікарбіду й алмазної фази у вигляді глобулярних за формою структур, причому нова сполука TiC₂ є метастабільною щодо алмазу й утворюється при впровадженні в окремі міжвузля ГЦК-гратки TiС атомів вуглецю.

12. Осадження вуглецю в високочистому інертному середовищі і одночасне введення в конденсат незначної кількості титану (1-3 ат.%), а також інтенсивне опромінення поверхні росту потоком електронів приводять до утворення шарів у вигляді слабкозв'язаних один з одним нанокристалів алмазу, які є наслідком переходу TiС₂ алмаз.

Публікації автора:

1. Перекрестов В.И., Кравченко С.Н. Изменение состава остаточных газов в камере в процессе осаждения пленки Ti // Приборы и техника эксперимента.– 2002. – №3. – C. 123-126.

   Перекрестов В.И., Кравченко С.Н., Павлов А.В. Механизмы роста и структура пленок Ti, полученных методом магнетронного распыления на постоянном токе // ФММ. – 1999. – Т.88, №5. – С. 72-77.

   Перекрестов В.И., Хворост В.А., Кравченко С.Н. Механизмы зарождения и структура конденсатов слабопересыщенных паров Cr // Вестник СумГУ. Серия Физика, математика, механика. – 2002. – №5(38)-6(39). – С. 72-79.

   Перектестов В.И., Косминская Ю.А. Проявление селективных процессов при неравновесной стационарной конденсации Cr // Вестник СумГУ. Серия Физика, математика, механика. – 2004. – №10(69). – С. 35-40.

   Перекрестов В.И., Коропов А.В., Кравченко С.Н. Образование островковых структур при осаждении слабопересыщенных паров алюминия // ФТТ. – 2002. –Т.44, №6. – С. 1131-1136.

   Перекрестов В.И., Косминская Ю.А., Кравченко С.Н. Закономерности структурообразования конденсатов слабопересыщенных паров Cu, Ti, Al и Cr // Металлофизика и новейшие технологии. – 2003. – Т.25, №6. – С. 725-735.

   7. Перекрестов В.И., Косминская Ю.А. Проявление селективных процессов при формировании слоев Ni,Al,Ta и С в условиях крайне неравновесной конденсации // Вестник Сум ГУ. Серия Физика, математика, механика. – 2004. – №8(67). – С. 31-48.

   8. Перекрестов В.И., Косминская Ю.А. Проявление пространственно распределенной селективности при конденсации меди в крайне неравновесных условиях // Металлофизика и новейшие технологии. – 2005. – Т.27, №2. – С. 265-274.

   9. Перекрестов В.И. Получение высокопористых структур металлов в условиях стационарной неравновесной конденсации // Письма в ЖТФ.-2005. - Т.39, № 19.-С.41-46.

   10. Перекрестов В.І., Космінська Ю.О., Корнющенко Г.С. Прояв селективних процесів в умовах нерівноважної стаціонарної конденсації Cu та Al // Фізика і хімія твердого тіла. – 2005. – Т.6,
       №3. – С. 398-402.

   11. Перекрестов В.И., Косминская Ю.А. Селективная конденсация соединений Ti при его ионном распылении в разреженной атмосфере воздуха // Металлофизика и новейшие технологии. – 2004. – Т.26,
       №3. – С. 313-324.

   12. Perekrestov V.I., Kosminska Yu.O. Phase composition and structure of condensates of low supersaturated Ti-C vapors // Ukr. J. Phys. – 2004. – Vol.49, №3. – P. 261-266.

   13. Перекрестов В.И., Павлов А.В. Фазовый состав пленок системы Ti-C, полученных при технологических условиях алмазообразования и содержании углерода свыше 50 ат.% // Письма в ЖЭТФ. – 2001. – Т.73, №1. – С. 17-20.

   14. Перекрестов В.И., Павлов А.В., Косминская Ю.А. Фазовый состав, структура, а также некоторые физико-механические характеристики слоев системы Ti-C // Вестник СумГУ. Серия Физика, математика, механика. – 2002. – №13(46). – С. 140-150.

   15. Перекрестов В.И., Павлов А.В. Формирование многослойного разгрузочного композита на границе раздела натрий-кальциевое стекло – Ti-C при ионном распылении составной мишени из Cr, С и
       Ti // Сверхтвердые материалы. – 2002.– №3.– С. 58-63.

   16. Перекрестов В.И., Кравченко С.Н., Павлов А.В. Структура и термоэлектронная эмиссия пленок системы Ti-C // ВАНТ. Сер. Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники. – 1999. – №2(10). –
       С. 82-84.

   17. Перекрестов В.И., Хворост В.А., Павлов А.В. Расчет радиального распределения толщины пленки, осажденной при магнетронном распылении дисковой мишени с выработанным рельефом поверхности // Поверхность. – 2001. – №11. – С. 30-32.

   18. Перекрестов В.И., Хворост В.А., Павлов А.В. Расчет радиального распределения химического состава покрытий системы Ti-C, осажденных при магнетронном распылении составной мишени // Сверхтвердые материалы. – 2000. – №5. – С. 10-15.

   19. Перекрестов В.И., Косминская Ю.А. Некоторые особенности формирования покрытий на внутренней поверхности трубы при ионном распылении стержней // Металлофизика и новейшие технологии. – 2004. – Т.26, №4. – С. 497-508.

   20. Perekrestov V.I., Kosminskaya Yu.A., Yanchuk I.B. Some regularities of diamond phase formation at nonequilibrium transition process of C vapors with low Ti concentration into condensed state // Functional materials. – 2004. – Vol.11, №2. – P. 284-289.

   21. Перекрестов В.И., Косминская Ю.А., Корнющенко А.С. О возможности образования алмазной фазы в процессе перехода паров углерода в конденсированное состояние и облучения ростовой поверхности интенсивным потоком электронов // Вестник СумГУ. Серия Физика, математика, механика. – 2005. – №4(76). – С. 87-92.

   22. Перекрестов В.И., Косминская Ю.А. Фазовая и морфологическая неоднородности конденсатов системы Ti-C, полученных на границе раздела плазма-титановая подложка // Письма в ЖЭТФ. – 2003. – Т.78, № 4. – С. 258-264.

   23. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі: Патент на винахід. 57940А UA, МКЛ 7 С23С14/35 / В.І. Перекрестов, О.Д. Погребняк, Ю.О. Космінська (Україна) – №2001107033; Заявл. 16.10.2001; Опубл. 15.07.2003, Бюл. №7.–1 с.

   24. Розпилювальний пристрій для нанесення покриттів у вакуумі: Патент на винахід. 69974 UA, МКЛ 7 С23С14/35 / В.І. Перекрестов, Ю.О. Космінська (Україна) – №20031211885; Заявл. 18.12.2003; Опубл. 15.09.2004, Бюл. № 9. – 1 с.

   25. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі: Патент на винахід. 69723 UA, МКЛ 7 С23С14/35 / В.І. Перекрестов, Ю.О. Космінська (Україна) – № 20031110641; Заявл. 25.11.2003; Опубл. 15.09.2004, Бюл. № 9. – 1 с.

   26. Термоіонний розпилювальний пристрій: Патент на винахід. 56837А UA, МКИ 7 С23С14/35 / В.І.Перекрестов, В.А.Хворост, Ю.О.Космінська (Україна) – № 2002097718; Заявл. 27.09.2002; Опубл. 15.05.2003, Бюл. №5. – 1 с.

   27. Пристрій для нанесення покриттів у вакуумі: Патент на винахід. 57952А UA, МКЛ 7 С23С14/35 / В.І.Перекрестов, О.Д.Погребняк, Ю.О.Космінська (Україна) – №2002010166; Заявл. 04.01.2002; Опубл. 15.07.2003. Бюл. №7.–1 с.

   28. Магнитная система магнетронного распылительного устройства: А.С. 33751А UA, МКИ⁶ 7H01J25/55, С23 С 14/35, / В.И. Перекрестов, А.В. Павлов, С.Н. Кравченко (Украина)– №99031772; Заявл.30.03.99; Опубл.15.02.01, Бюл.№1. – 1 с.

   29. Перекрестов В.И., Хворост В.А., Кравченко С.Н. Механизм образования аморфной фазы на этапе зарождения пленок Cr, полученных методом ионного распыления // Материалы 12-го Международного симпозиума "Тонкие пленки в электронике". – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2001. – С. 172-176.

   30. Перекрестов В.И., Косминская Ю.А., Кравченко В.И. Структурообразование тонких пленок, полученных при конденсации слабопересыщенных паров металлов // Матеріали ІХ Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок. – Івано-Франківськ: Місто НВ, 2003. – Т.1С.56-57.

   31. Перекрестов В.И., Косминская Ю.А., Ушатов А.А. Моделирование концентрационного профиля и толщины осажденного слоя при ионном распылении стержней // Proceedings of the International Conference "Dynamical System Modelling and Stability Investigation". – К. 2003. – С.227.

   32. Космінська Ю.О., Перекрестов В.І. Селективні процеси при формуванні шарів Ni, Al, Ta і С в умовах нерівноважної конденсації // Збірник тез Міжнародної конференції молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики "Еврика-2004". – Львів: Видавничий центр ЛНУ ім. І.Франка, 2004. – С.151-152.

   33. Перекрестов В.И., Хворост В.А., Павлов А.В. Структура, фазовый состав и механические свойства покрытий системы Ti-C, полученных методом распыления составляющих компонент // Матеріали VIII Міжнародної конференції з фізики і технології тонких плівок. – Івано-Франківськ: Плай, 2001. – С. 182-183.

   34. Perekrestov V.I., Pogrebniak A.D., Pavlov A.V. Structure formation of films Ti-C under ion sputtering of composite target // Proceedings of the IV International Conference "Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams". – Феодосія, 2001. – C. 56.

   35. Перекрестов В.И., Павлов А.В., Кравченко С.Н. Расчет рапределения толщины пленки, осажденной при ионном распылении мишени с выработанным рельефом // Proceedings of the Third International Conference "Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams". – Суми: Різоцентр СумДУ, 1999. – С.78.

   36. Перекрестов В.И., Кравченко С.Н., Павлов А.В. Влияние процессов диффузии на начальный этап роста и структуру пленок Ti, полученных методом ионного распыления // Proceedings of the Third International Conference "Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams". – Суми: Різоцентр СумДУ, 1999. – С. 59.

   37. Перекрестов В.И., Кравченко С.Н., Павлов А.В. Термоэлектронная эмиссия пленок системы Ti-C // Proceedings of the Third International Conference "Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams". – Суми: Різоцентр СумДУ, 1999. – С. 60.

   38. Перекрестов В.И., Косминская Ю.А. Селективні процеси стаціонарної нерівноважної конденсації // Фізика і технологія тонких плівок. Матеріали ювілейної Х Міжнародної конференції. – Івано-Франківськ: Гостинець, 2005. – Т.2. – С. 39-40.