Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Классификация элементарных физико-химических процессов нанотехнологий




В предыдущем разделе отмечалось, что конечной целью использования технологий как таковых является необходимость обеспечения определенной степени атомно-молекулярного упорядочения физических сред с целью реализации заданного функционального назначения изделия. Действительно, в отсутствии технологии может иметь место хаотический (броуновский) характер протекания различных физико-химических процессов в направлении возрастания энтропии физических систем, что едва ли позволяет надеяться на спонтанное возникновение функционального качества изделия (подробнее см. раздел 1.1.3). Поэтому основной задачей технологии является привнесение фактора векторизации в кинетику протекания элементарных физико-химических процессов, связанных с производством изделий.

Для реализации указанного фактора векторизации элементарных атомных процессов на практике используются:

· создание искусственной неравновесности технологических сред (стационарные или нестационарные градиенты химического потенциала) в пространстве и во времени, в виде заданных граничных и начальных условий протекания элементарных ФХП;

· комплексы внешних управляющих воздействий на технологические среды в виде различных возмущений полевого характера (как правило, это градиенты: электрического потенциала; давления; температуры; интенсивности: света, электронного луча, плазмы и т.д.);

· информационное сопровождение технологических процессов в режиме реального времени на базе аппаратных средств метрологического обеспечения.

В сугубо целевом отношении технологический фактор векторизации элементарных физико-химических процессов проявляется в части организации (обеспечения):

1. транспорта рабочих (технологических) сред:

· по механизмам термически активированного перемещения индивидуальных атомов (адсорбционно-десорбционное равновесие на границе раздела фаз, поверхностная и объемная диффузия атомов и структурных дефектов);

· по механизмам полевой (электрической, акустической, оптической) активации элементарных актов перемещения индивидуальных атомов;

· по гидро- или газодинамическим принципам механики сплошных сред (этот тип транспорта рабочих сред представляет ограниченный интерес с точки зрения практических задач нанотехнологий и потому в дальнейшем не рассматривается).

2. избирательного (необходимого) характера протекания индивидуальных процессов атомно-молекулярных взаимодействий в технологических средах путем:

· использования локальных (в пространственно-временном отношении) возмущающих факторов: термического, фото- и радиационно-химического, электрического, акустического и оптического характера;

· создания специфических (с точки зрения повышения вероятности реализации определенных ФХП) граничных условий на поверхностях раздела различных материальных сред.

Из всего разнообразия ФХП, нашедших достаточно широкое распространение в современной практике нанотехнологий для реализации упомянутых выше целевых установок, можно выделить следующий круг элементарных процессов (см. табл. 2.1).

Из представленных в табл. 2.1 данных следует, что круг элементарных ФХП, используемых в технологической практике при создании элементов конструкций и устройств наноразмерного масштаба чрезвычайно широк. Естественно, что весовой вклад указанных элементарных процессов может варьироваться в весьма широких пределах для конкретных типов нанотехнологий. Тем не менее, учитывая высокий уровень требований, предъявляемых к обеспечению фактора упорядоченности наноразмерных структур, все эти элементарные процессы заслуживают пристального внимания при выборе оптимальных режимов проведения нанотехнологий.

Т а б л и ц а 2.1 Элементарные физико-химические процессы используемые в микро- и нанотехнологиях.

Этап Элементарный физико-химический процесс   Примечания (*) № п/п
Энергетическая активация (генерация) микрочастиц     Ионизация микрочастицы Электронным ударом 1.
Ионным ударом 2.
Термический фактор 3.
Фотонный фактор 4.
Электрическим полем 5.
Перевод микрочастицы в возмущенное (нестационарное) энергетическое состояние См. пункты №№ 1-5 6.
Время релаксации системы 7.
Процессы передачи энергии 8.
Акустическим полем 9.
Генерация свободного радикала Каталитический фактор 10.
См. пункты №№ 1-5 11.
Статистика «рождение-гибель» 12.
Диссоциация молекулярных комплексов См. пункты №№ 1-5 13.
Влияние внутреннего поля 14.
Акустическим полем 15.
Химический фактор 16.
Образование точечного структурного дефекта См. пункты №№ 1-5 17.
Атомная вакансия 18.
Атом в междоузлии 19.
  Образование линейного структурного дефекта (дислокация) Термический фактор 20.
Генерация зародыша структурного дефекта 21.
Влияние механического (внешнего) фактора 22.
Энергия дефектообразования 23.
Образование структурного дефекта поверхностного типа Генерация зародыша поверхностного дефекта 24.
Энергия дефектообразования 25.
Фактор взаимодействия дефектов 26.
Атомный (молекулярный) транспорт микрочастиц Адсорбция микрочастицы на атомарно чистую поверхность Из газовой и жидкой фазы 27.
Физическая адсорбция 28.
Хемосорбция 29.
На структурном дефекте 30.
Адсорбция микрочастицы на гетерогенную поверхность Из газовой или жидкой фазы 31.
Влияние межфазной границы 32.
Физическая адсорбция 33.
Хемосорбция 34.
Адсорбция микрочастицы на границах атомного кластера Из газовой или жидкой фазы 35.
Влияние межфазной границы 36.
Физическая адсорбция 37.
Хемосорбция 38.
Десорбция микрочастицы с поверхности твердого тела См. пункты №№ 1-5 39.
Фактор статистического равновесия 40.
Химическая 41.
  Поверхностная диффузия микрочастицы Термический фактор 42.
Фотонный фактор 43.
Ионным ударом 44.
Электронным ударом 45.
  Объемная диффузия микрочастицы По вакансиям 46.
По междоузлиям 47.
По дислокации 48.
Термический фактор 49.
  Ионная (высокоэнергетическая) имплантация атомов примесного типа Радиационный фактор 50.
Термическая (отжиг дефектов) 51.
Диффузия по дислокации 52.
Диффузия по вакансиям 53.
Диффузия по границам зерен (кристаллитов) 54.
  Структурирование регулярных высокомолекулярных кластеров Фотонная стимуляция 55.
Термическая диффузия по пространственной сетке 56.
Влияние параметров дальнего порядка 57.
Образование глобул макромолекул 58.
Векторизованный тип транспорта индивидуальных атомов Полевая адсорбция (десорбция) атома на кантеливере 59.
Специфика атомных потенциальных диаграмм 60.
Образование атомного кластера 61.
Процессы элементарных атомно-молекулярных превращений   Химический процесс (соединения, разложения) Термический фактор 62.
Ионная связь 63.
Ковалентная связь 64.
Водородная связь 65.
Стерический фактор 66.
Возбужденное состояние 67.
  Фотохимический процесс Фотонный фактор 68.
См. пункты №№ 70 – 72, 74 69.
Передача возбуждения 70.
Квантовый выход 71.
    Радиационно-химический процесс (травление, очистка поверхности) Корпускулярно-волновой фактор возбуждения 72.
Структурные дефекты точечного и линейного типа 73.
Акты каскадной передачи энергии возбуждения 74.
Мультиплетные состояния атома 75.
  Электрохимический процесс (травление, окисление поверхности, нанесение покрытий) Акты передачи заряда 76.
Микро- и макроскопическое электрические поля 77.
Электродные потенциалы 78.
Диффузионный электрический заряд 79.
Специфика ионного транспорта 80.
Радиационно-химический процесс (имплантация) См. пункты №№ 82 - 85 81.
Химия высоких энергий (>10эВ) 82.
Вторичные радиационные процессы 83.
    Атомная сборка (самосборка) наноструктур Полевое взаимодействие атома с кантиливером 84.
Полевое взаимодействие атома с подложкой 85.
Химическое взаимодействие реперных атомов с подложкой 86.
Термический фактор десорбции и поверхностной миграции реперных атомов 87.
Термический фактор адсорбции и десорбции атомов рабочей среды 88.
Термический фактор поверхностной миграции атомов рабочей среды 89.

Примечание: символом (*) обозначены способы, параметры и физические факторы, ответственные в определенной мере за качественные показатели технологии с позиций кинетики протекания элементарных ФХП.

Данные (далеко не полные) табл. 2.1 позволяют составить хоть некоторое представление о чрезвычайном разнообразии физико-химических факторов, которые необходимо учитывать для корректного рассмотрения реальных нанотехнологий.

Рассмотрим, в первом приближении, методологию использования представленных в табл. 2.1 элементарных ФХП на примере формирования физической модели для конкретного типа технологического процесса, используемого при создании микро- и наноразмерных структур. В табл. 2.2 представлены материалы, отражающие физическую модель технологии создания «тонкопленочного диэлектрического покрытия на поверхности твердого тела методом термического окисления приповерхностного слоя материала подложки (полупроводника или металла)».

Т а б л и ц а 2.2 Элементарные физико-химические процессы, используемые в технологии термического окисления поверхности твердых тел

Этап Элементарный физико-химический процесс № позиции в таблице №2.1
Транспорт микрочастиц Адсорбция (десорбция) из газовой фазы молекул кислорода на реальную поверхность подложки. 3; 27; 28; 29; 30; 39; 41.
Перевод молекул кислорода в возбужденное энергетическое состояние. 3; 8.
Поверхностная диффузия молекул кислорода по поверхности подложки. 18; 20; 42.
Диссоциация молекулы кислорода в атомарное состояние. 62; 64.
Объемная диффузия атомов кислорода в материале подложки. 46; 47; 48; 49.
Генерация точечных и линейных структурных дефектов в подложке. 3; 18; 19; 20; 21; 22; 23.
Оксидирование Перевод атомов кислорода в возбужденное энергетическое состояние. 3; 8.
Окисление атомов материала подложки (по термоактивационному механизму). 3; 62; 64; 66.
Диссоциация оксидов атомов материала подложки (по термоактивационному механизму). 3; 62; 64; 66.

Согласно данным табл. 2.2 можно сделать заключение, что разработка физико-химической модели технологических процессов, обеспечивающих высокую степень упорядоченности материальных сред в изделии, является далеко не тривиальной задачей.

2.2. Формальное представление элементарных физико-химических процессов с позиции модели «рождение-гибель»






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных