2.3.1.2 Кинетика роста пленок

Изучение аэродинамики распыленного вещества и процессов столкновения капель позволило Лэмпкину [44] установить взаимосвязь между динамическими характеристиками процесса распыления, кинетикой роста пленки и строением ее поверхности. В том случае, когда распыленные капли однородны по размеру и обладают примерно одинаковым импульсом, при осаждении образуются пленки с гладкой поверхностью и высокими оптическими характеристиками. При наличии электрического поля поток распыленного раствора становится более направленным; кроме того, полагают, что повышение под действием поля скорости капель и интенсивности процесса соединения частиц на поверхности подложки оказывает существенное влияние на характер микроструктуры пленок.

Согласно данным Банерджи и др. [37, 39], при столкновении с поверхностью подложки капли жидкости принимают форму диска. Геометрические параметры диска зависят от величины импульса и объема капли, температуры подложки и соотношения между кинетической энергией частиц жидкости на поверхности

и энергией, затрачиваемой на тепловые процессы. Процесс осаждения включает следующие стадии: 1) расплющивание капли на подложке; 2) пиролитическую химическую реакцию между реагентами, образовавшимися в результате разложения; 3) испарение растворителя; 4) повторение этого процесса при поступлении на подложку новых капель. Образующаяся пленка обычно состоит из примыкающих друг к другу дисков. Кинетика роста и особенности микроструктуры пленок, получаемых при пульверизации с последующим пиролизом, зависят от подвижности частиц жидкости на поверхности подложки, а также от кинетики процессов объединения и срастания кластеров, состоящих из групп кристаллитов, имеющих форму диска. Этот метод выращивания пленок имеет следующие важные особенности. 1) Поскольку расплыляемая под давлением жидкость непрерывным потоком омывает беспорядочно растущие диски, образование в осаждаемой пленке микро- и макроскопических углублений и полостей исключено. Благодаря этому формируются сплошные пленки, которые даже при очень малой толщине (100 нм) не содержат микроскопических отверстий, если только температура подложки поддерживается на высоком уровне, достаточном для завершения пиролитической реакции. 2) Получаемые пленки могут иметь различную микроструктуру в зависимости от факторов процесса, среди которых наиболее существенными являются: конструкция распылительной головки, характер и скорость течения газа-носителя и жидкости, скорость, размеры и форма капель, природа материала подложки и ее температура, кинетические и термодинамические особенности реакции пиролиза, а также характер распределения температуры по поверхности подложки в процессе осаждения.