Выпуски

 / 

2020

 / 

том 18 / 

выпуск 4

 



Завантажити повну версію статті (в PDF форматі)

A. V. Dvornichenko, D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko
«Modelling of Dynamics of Formation and Growth of Nanoscale Surface Structures in ‘Plasma–Condensate’ Systems»
0775–0862 (2020)

PACS numbers: 05.40.-a, 05.65.+b, 68.35.Dv, 68.43.-h, 68.55.J-, 81.15.Aa, 82.40.Np

Проведено теоретичні дослідження динаміки перерозподілу концентрації адсорбату у системах «плазма–конденсат» з урахуванням анізотропії в переходах адатомів між шарами, спричиненої дією підведеного до підкладинки зовнішнього електричного поля. Побудовано узагальнений теоретичний модель для опису процесів формування просторових відокремлених поверхневих структур на одному з шарів багатошарової системи. У рамках однорідної системи встановлено умови реалізації переходів плазма–конденсат першого роду. У припущенні, що сила анізотропії змінюється у часі періодичним і стохастичним чином, досліджено залежність часу переходу системи від стану з низькою густиною адсорбату до стану з високою густиною адсорбату від параметрів зовнішнього періодичного та стохастичного навантаження. У рамках аналізи на стійкість однорідних стаціонарних станів до неоднорідних збурень встановлено умови структурування зростаючої поверхні. У рамках процедури числового моделювання встановлено режими контролювання динамікою структурування поверхні, морфологією поверхні, типом і розміром поверхневих структур. Встановлено вплив тиску всередині камери, енергії взаємодії адсорбату, середнього значення напружености електричного поля на статистичні властивості наноструктурованих тонких плівок у системах «плазма–конденсат». Проведено узагальнення моделю з урахуванням флюктуацій поверхневого потоку адсорбату та виявлено вплив їхньої інтенсивности на морфологічні перетворення в структурі поверхні шару, тип і лінійний розмір поверхневих структур, їхню кількість і розподіл структур за розмірами. Вивчено вплив флюктуацій напружености підведеного до підкладинки електричного поля на динаміку упорядкування адсорбату на поверхні та статистичні властивості поверхневих структур при конденсації. Досліджено конкурувальний вплив реґулярної та стохастичної частин зовнішнього потоку на динаміку системи. Проаналізовано здатність флюктуацій індукувати процеси формування поверхневих структур, керувати динамікою структуроутворення, просторовим порядком, морфологією поверхні, законом росту середнього розміру островів адсорбату, типом і лінійним розміром поверхневих структур. У рамках багатошарового моделю проаналізовано динаміку просторового перерозподілу адсорбату на кожному шарі багатошарової системи «плазма–конденсат».

Keywords: ‘plasma–condensate’ systems, condensation, adsorbate, adsorption–desorption processes, nanosize surface structures, surface morphology


References
1. M. Ohring, Materials Science of Thin Films (New York: Academic Press: 2001).
2. E. Hirota, Giant Magneto-Resistance Devices (Berlin: Springer: 2002).
3. R. J. Warburton, C. Schaflein, D. Haft et al., Nature, 405: 926 (2000); https://doi.org/10.1038/35016030
4. A. Shah, P. Torres, R. Tscharner et al., Science, 285: 692 (1999). https://doi.org/10.1126/science.285.5428.692
5. Li-Dong Zhao, Shih-Han Lo, Yongsheng Zhang et al., Nature, 508: 373 (2014). https://doi.org/10.1038/nature13184
6. S. A. Campbell, The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication (New York: Oxford University Press: 1996).
7. J. Masalski, J. Gluszek, J. Zabrzeski et al., Thin Solid Films, 349: 186 (1999). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(99)00230-8
8. P. Vitanov, A. Harizanova, T. Ivanova, and T. Dimitrova, Thin Solid Films, 517: 6327 (2009). https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.02.085
9. A. K. Chin, G. Zydzik, S. Singh et al., J. Vac. Sci. Technol. B, 1: 72 (1983). https://doi.org/10.1116/1.582507
10. K. Mumtaz, J. Echigoya and H. Enoki et al., J. Mater. Sci., 31: 5247 (1996). http://dx.doi.org/10.1016/0925-8388(94)91114-2
11. J. Gottmann, A. Husmann, T. Klotzbiicher, and E. W. Kreutz, Eur. Phys. J. Appl. Phys., 101: 1 (1998). https://doi.org/10.1051/epjap/2013120530
12. S. Carmona-Tellez, J. Guzman-Mendoza, M. Aguilar-Frutis et al., J. Appl. Phys., 103: 34105 (2008). https://doi.org/10.1063/1.2838467
13. M. Aguilar-Frutis, M. Garcia, C. Falcony et al., Thin Solid Films, 389: 200 (2001). https://doi.org/10.1016/S0040-6090(01)00854-9
14. B. P. Dhonge, T. Mathews, S. T. Sundari et al., Appl. Surf. Sci., 258: 1091 (2011). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2011.09.040
15. J. C. Ortiz and A. Alonso, J. Mater. Sci. Mater. Electron., 13: 7 (2002). https://doi.org/10.1007/s10853-006-0004-0
16. Y. Wu and K. L. Choy, Surf. Coatings Technol., 180–181: 436 (2004). https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.10.078
17. V. I. Perekrestov, A. I. Olemskoi, Yu. O. Kosminska, and A. A. Mokrenko, PhysicsLettersA,373:3386(2009). https://doi.org/10.1016/j.physleta.2009.07.032
18. Y. A. Kosminska, A. A. Mokrenko, and V. I. Perekrestov, Tech. Phys. Lett., 37: 538 (2011). https://doi.org/10.1134/S1063785011060083
19. A. G. Zhiglinskiy and V. V. Kuchinskiy, Mass Transfer at an Interaction of Plasma with Surface (Moscow: Energoizdat: 1991).
20. K. Pohl, M. C. Bartelt, J. de la Figuera et al., Nature, 397: 238 (1999). https://doi.org/10.1038/16667
21. Y. W. Mo, B. S. Swartzentruber, R. Kariotis et al., Phys. Rev. Lett., 63: 2393 (1989). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.63.2393
22. G. E. Cirlin, V. A. Egorov, L. V. Sokolov, and P. Werner, Semiconductors, 36: 1294 (2002). https://doi.org/10.1134/1.1521233
23. J. P. Bucher, E. Hahn, P. Fernandez et al., Europhys. Lett., 27: 473 (1994). https://doi.org/10.1209/0295-5075/27/6/011
24. V. Gorodetskii, J. Lauterbach, H. A. Rotermund et al., Nature, 370: 276 (1994). https://doi.org/10.1038/370276a0
25. K. Kern, H. Niehus, A. Schatz et al., Phys. Rev. Lett., 67: 855 (1991). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.67.855
26. T. M. Parker, L. K. Wilson, N. G. Condon, and F. M. Leibsle, Phys. Rev. B, 56: 6458 (1997). https://doi.org/10.1103/PhysRevB.56.6458
27. H. Brune, M. Giovannini, K. Bromann, and K. Kern, Nature, 394: 451 (1998). https://doi.org/10.1038/28804
28. P. G. Clark and C. M. Friend, J. Chem. Phys., 111: 6991 (1999). https://doi.org/10.1063/1.479992
29. P. Marchand, I. A. Hassan, I. P. Parkin, and C. J. Carmalt, Dalton Trans., 42: 9406 (2013). doi:10.1039/c3dt50607j
30. M. Hildebrand, A. S. Mikhailov, and G. Ertl, Phys. Rev. E, 58: 5483 (1998). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.58.5483
31. M. Hildebrand and A. S. Mikhailov, J. Phys. Chem., 100: 19089 (1996). https://doi.org/10.1021/jp961668w
32. D. Batogkh, M. Hildebrant, F. Krischer, and A. Mikhailov, Phys. Rep., 288: 435 (1997). https://doi.org/10.1016/S0370-1573(97)00036-7
33. M. Hildebrand, A. S. Mikhailov, and G. Ertl, Phys. Rev. Lett., 81: 2602 (1998). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.81.2602
34. A. Mikhailov and G. Ertl, Chem. Phys. Lett., 238: 104 (1994). https://doi.org/10.1016/0009-2614(95)00386-X
35. V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, S. V. Kokhan et al., Physica Scripta, 86: 055401 (2012). https://doi.org/10.1088/0031-8949/86/05/055401
36. V. O. Kharchenko and D. O. Kharchenko, Phys. Rev. E, 86: 041143 (2012). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.86.041143
37. V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, and A. V. Dvornichenko, Surface Science, 630: 158 (2014). https://doi.org/10.1016/j.susc.2014.08.008
38. S. B. Casal, H. S. Wio, and S. Mangioni, Physica A, 311: 443 (2002). https://doi.org/10.1016/S0378-4371(02)00828-2
39. V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, Surface Science, 637–638: 90 (2015). https://doi.org/10.1016/j.susc.2015.03.025
40. D. Walgraef, Physica E, 18: 393 (2003). https://doi.org/10.1016/S1386-9477(01)00492-1
41. D. Walgraef, Int. J. Quantum Chem., 98: 248 (2004). https://doi.org/10.1002/qua.10877
42. L. Benning and G. Waychunas, Nucleation, Growth, and Aggregation of Mineral Phases: Mechanisms and Kinetic Controls. Kinetics of Water–Rock Interaction (Eds. S. Brantley, J. Kubicki, and A. White) (New York: Springer: 2008).
43. R. Ferrando, J. Jellinek, and R. L. Johnston, Chem. Rev., 108: 845 (2008). https://doi.org/10.1021/cr040090g
44. J. Jortner, Z. Phys. D: At. Mol. Clusters, 24: 247 (1992). https://doi.org/10.1007/BF01425749
45. R. G. Chaudhuri and S. Paria, Chem. Rev., 112: 2373 (2012). https://doi.org/10.1021/cr100449n
46. R. L. Johnston, Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. A, 356: 211 (1998). https://doi.org/10.1098/rsta.1998.0158
47. V. O. Kharchenko, D. O. Kharchenko, and V. V. Yanovsky, Nanoscale Research Letters, 12: 337 (2017). https://doi.org/10.1186/s11671-017-2096-7
48. M. C. Cross and P. C. Hohenberg, Rev. Mod. Phys., 65: 851 (1993). https://doi.org/10.1103/RevModPhys.65.851
49. V. I. Perekrestov, Yu. O. Kosminska, and A. S. Kornyushchenko et al., Physica B, 411: 140 (2013). https://doi.org/10.1016/j.physb.2012.11.036
50. D. Leonhardt and S. M. Han, Surf. Sci., 603: 2624 (2009). https://doi.org/10.1016/j.susc.2009.06.015
51. R. Gomer, Rep. Prog. Phys., 53: 917 (1990). https://doi.org/10.1088/0034-4885/53/7/002
52. J. A. Sierra and H. S. Wio, Cent. Eur. J. Phys., 10: 625 (2012). DOI: 10.2478/s11534-012-0021-3
53. M. C. Gimenez, Eur. Phys. J. B, 89: 83 (2016). https://doi.org/10.1140/epjb/e2016-60965-1
54. H. S. Wio, Phys. Rev. E, 55: R3075 (1996). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.54.R3075
55. F. Castelpoggi and H. S. Wio, Europhysics Letters, 38: 91 (1997). https://doi.org/10.1209/epl/i1997-00206-0
56. P. Jung and G. Mayer-Kress, Phys. Rev. Lett., 74: 2130 (1995). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.74.2130
57. J. Wang, S. Kadar, P. Jung, and K. Showalter, Phys. Rev. Lett., 82: 855 (1999). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.855
58. Z. Hou and H. Xin, Phys. Rev. Lett., 89: 280601 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.89.280601
59. H. Hempel, L. Schimansky-Geier, and J. Garcia-Ojalvo, Phys. Rev. Lett., 82: 3713 (1999). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.82.3713
60. T. Biancalani, L. Dyson, and A. J. McKane, Phys. Rev. Lett., 112: 038101 (2014). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.038101
61. T. Weiss, A. Kronwald, and F. Marquardt, New J. Phys. 18: 1 (2015). https://doi.org/10.1088/1367-2630/18/1/013043
62. D. O. Kharchenko, V. O. Kharchenko, and I. O. Lysenko, Physica Scripta, 83: 045802 (2011). https://doi.org/10.1088/0031-8949/83/04/045802
63. W. Horsthemke and R. Lefever, Noise-Induced Transitions (Berlin: Springer-Verlag: 1984).
64. J. Garcia-Ojalvo and J. M. Sancho, Noise in Spatially Extended System (New York: Springer-Verlag: 1999).
65. C. Van der Broeck, Phys. Rev. Lett., 73: 3395 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.73.3395
66. C. Van der Broeck et al., Phys. Rev. E, 55: 4084 (1997). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.55.4084
67. J. Garcia-Ojalvo, A. Hernandez-Machado, and J. M. Sancho, Phys. Rev. Lett., 71: 1542 (1993). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.71.1542
68. A. Becker and L. Kramer, Phys. Rev. Lett., 73: 955 (1994). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.73.955
69. J. M. R. Parrondo, C. Van den Broeck, J. Buceta, and F. J. de la Rubia, Physica A, 224: 153 (1996). https://doi.org/10.1016/0378-4371(95)00350-9
70. A.A. Zaikin and L. Schimansky-Geier, Phys. Rev. E, 58: 4355 (1998). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.58.4355
71. N. G. Van Kampen, Stochastic Processes in Physics and Chemistry (Amsterdam: North Holland: 1992).
72. D. Walgraef, Spatio-Temporal Pattern Formation (New York: SpringerVerlag: 1997).
73. V. O. Kharchenko, A. V. Dvornichenko, and V. N. Borysiuk, Eur. Phys. J. B,91: 93 (2018). https://doi.org/10.1140/epjb/e2018-80730-8
74. J. Swift and P. C. Hohenberg, Phys. Rev. A, 15: 319 (1977). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.15.319
75. J. M. Sancho, M. San Miguel, S. L. Katz, and J. D. Gunton, Phys. Rev. A, 26: 1589 (1982). https://doi.org/10.1103/PhysRevA.26.1589
76. G. E. P. Box and M. E. Muller, Ann. Math. Stat., 29: 610 (1958). https://doi.org/10.1214/aoms/1177706645
77. V. O. Kharchenko and A. V. Dvornichenko, Eur. Phys. J. B, 92: 57 (2019). https://doi.org/10.1140/epjb/e2019-90588-9
78. Y. Lei, A. Uhl, C. Becker et al., Phys. Chem. Chem. Phys., 12: 1264 (2010). https://doi.org/10.1039/B914323H
79. X. Lai, T. P. St. Clair, and D. W. Goodman, Faraday Discuss., 114: 279 (1999). https://doi.org/10.1039/A902795E
80. L. Mangolini, Journal of Physics D, 50: 373003 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa812e
81. K. I. Hunter, J. T. Held, K. A. Mkhoyan, and U. R. Kortshagen, ACS Appl. Mater. Interfaces, 9: 8263 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.6b16170
82. V. I. Perekrestov, Yu. O. Kosminska, A. A. Mokrenko et al., Vacuum, 86: 111 (2011). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2011.05.003
83. A. S. Kornyushchenko, V. V. Natalich, and V. I. Perekrestov, Journal of Crystal Growth, 442: 68 (2016). https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.02.033
84. S. A. Kukushkin and A. V. Osipov, Physics Uspekhi, 41: 983 (1998). https://doi.org/10.1070/PU1998v041n10ABEH000461
85. S. A. Kukushkin and A. V. Osipov, JETP, 86: 1201 (1998). https://doi.org/10.1134/1.558591
Creative Commons License
Усі статті ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
©2003—2021 НАНОСИСТЕМЫ, НАНОМАТЕРИАЛЫ, НАНОТЕХНОЛОГИИ Институт металлофизики им. Г.В. Курдюмова Национальной Академии наук Украины.

Електрона пошта: tatar@imp.kiev.ua Телефони та адреса редакції Про збірник Угода користувача