сурфактант (англ. surfactant) — в тонкопленочной технологии — активная примесь, нанесение которой на поверхность подложки, обычно в количестве монослоя или долей монослоя, изменяет механизм роста пленки на ней в нужном направлении (как правило, меняет островковый рост на послойный). Необходимо отметить, что в других областях знаний данный термин употребляется в значении «поверхностно-активное вещество».

Описание

Для того, чтобы быть сурфактантом, примесь должна удовлетворять следующим требованиям:

  • стимулировать двумерный рост в условиях, когда обычно имеет место трехмерный рост;
  • быть нерастворимой в пленке, для того, чтобы в объеме пленки оставалось ничтожно малое количество сурфактанта.

Второе требование может быть удовлетворено двумя способами. Во-первых, сурфактант может сегрегироваться на поверхности пленки за счет непрерывного обмена с адсорбированными на поверхности атомами растущей пленки.

Во-вторых, атомы сурфактанта могут остаться зафиксированными на границе раздела пленка/подложка под слоем пленки. Сурфактанты этого типа иногда бназывают интерфактантами.

Классический пример роста с сегрегирующим сурфактантом — это эпитаксия пленок Ge на Si(111) в присутствии сурфактанта Sb (см. рис.). Рост Ge на чистой поверхности Si(111)7×7 происходит по механизму Странского–Крастанова, при котором трехмерные островки формируются поверх псевдоморфного слоя Ge–Si с толщиной 3 монослоя (МС). При использовании ~1 МС Sb в качестве сурфактанта образование трехмерных островков подавлено, и послойным образом растет непрерывная пленка Ge. На поверхности пленки при этом наблюдается поверхностная реконструкция Ge(111)2×1–Sb c 1MC Sb.

Ни один из известных примеров действия сурфактантов на механизм роста тонких пленок не связан с классическим определением сурфактанта как вещества, понижающего свободную энергию поверхности (аналогично ПАВ). В действительности сурфактант влияет на рост пленки путем изменения кинетических параметров роста (например, влияя на подвижность адатомов на поверхности).

Иллюстрации

СЭМ изображение пленки Ge толщиной 50 монослоев (МС), выращенной на поверхности Si(111): а
СЭМ изображение пленки Ge толщиной 50 монослоев (МС), выращенной на поверхности Si(111): а — без сурфактантов; б — с 1 МС Sb в качестве сурфактанта. Авторы: P. Zahl, P. Kury, M. Horn-von Hoegen, Институт физики твердого тела, Ганновер, Германия [2].

Авторы

  • Зотов Андрей Вадимович
  • Саранин Александр Александрович

Источник

  1. Zahl P., Kury P., Horn-von Hoegen M. Interplay of surface morphology, strain relief, and surface stress during surfactant mediated epitaxy of Ge on Si // Appl. Phys. A. 1999. V. 69, №5. P. 481–488.

Напишите нам