Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НА САМООРГАНИЗАЦИЮ ПОВЕРХНОСТИ МНОГОСЛОЙНОГО ПЛЕНОЧНОГО ПОКРЫТИЯ

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-46-51

Полный текст:

Аннотация

Многослойные пленочные покрытия получили широкое применение в электронной и оптоэлектронной промышленности. Однако технология производства устройств требует, чтобы наличие дефектов в них было сведено к минимуму, в противном случае их рабочие свойства будут неудовлетворительными. В последние годы принято считать, что основной причиной образования дефектов в пленочных покрытиях является формирование рельефа поверхности пленки. Шероховатость поверхности пленки может образовываться как при ее осаждении и последующей термической обработке, так и при других фазовых превращениях. Моделирование процесса самоорганизации поверхности тонкопленочного покрытия позволит улучшить понимание данного явления. В статье рассмотрена двумерная модель твердого тела с многослойным пленочным покрытием. Малое возмущение формы поверхности пленки описывается произвольной периодической функцией. На основе термодинамического подхода Гиббса получено эволюционное уравнение поверхности пленки при комбинированном действии поверхностной диффузии, определяемой производной химического потенциала вдоль поверхности, и объемной диффузии, связанной с изменением напряжений вдоль криволинейной поверхности и капиллярным эффектом. На основе первого приближения метода возмущений проведен численный анализ морфологической устойчивости плоской формы поверхности двухслойного пленочного покрытия при действии диффузионных процессов. В качестве основных параметров задачи рассматривались длина волны начального возмущения, относительные модули упругости материалов пленочной системы, доля поверхностной и объемной диффузии в процессе массопереноса, остаточные напряжения. Важной особенностью представленного исследования является то, что посредством учета объемной диффузии был проведен анализ влияния знака напряжений. Было показано, что при увеличении доли объемной диффузии происходит сглаживание рельефа в случае растягивающих усилий. Для сжимающих усилий объемная диффузия, как и поверхностная, является дестабилизирующим процессом.

Об авторах

Сергей Алексеевич Костырко
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
Россия

кандидат физико-математических наук, доцент



Глеб Михайлович Шувалов
Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург
Россия

аспирант



Список литературы

1. Pronina Y.G. Mechanochemical corrosion: Modeling and analytical benchmarks for initial boundary value problems with unknown boundaries // Springer Proceedings in Mathematics and Statistics. 2016. Vol. 171. P. 301–309.

2. Sedova O.S. Stress distribution in the neighborhood of a corrosion pit on the outer surface of an elastic spherical shell // 2nd International Conference on Emission Electronics (ICEE). Selected papers. Proceedings. Saint Petersburg, 2014. P. 78–81.

3. Sedova O.S., Pronina Yu.G. Calculation of the optimal initial thickness of a spherical vessel operating in mechanochemical corrosion conditions // 2015 International Conference “Stability and Control Processes” in Memory of V.I. Zubov (SCP). Moscow, 2015. P. 436–439.

4. Asaro R.J., Tiller W.A. Interface morphology development during stress corrosion cracking: Part I. Via surface diffusion // Metallurgical transactions. 1972. Vol. 3. № 7. P. 1789–1796.

5. Grinfeld M.A. The stress driven instabilities in elastic crystals: mathematical models and physical manifestation // Journal of Nonlinear Science. 1993. Vol. 3. № 1. P. 35–83.

6. Srolovitz D.J. On the stability of surfaces of stressed solids // Acta Metallurgica. 1989. Vol. 37. № 2. P. 621–625.

7. Torii R.H., Balibar S. Helium crystals under stress: the Grinfeld instability // Journal of Low Temperature Physics. 1992. Vol. 89. № 1-2. P. 391–400.

8. Berrehar J., Caroli C., Lapersonne-Meyer C., Schott M. Surface patterns on single-crystal films under uniaxial stress: experimental evidence for the Grinfeld instability // Physical Review B. 1992. Vol. 46. № 20. P. 13487–13495.

9. Yang W.H., Srolovitz D.J. Cracklike surface instabilities in stressed solids // Physical Review Letters. 1993. Vol. 71. № 10. P. 1593–1596.

10. Spencer B.J., Meiron D.I. Nonlinear evolution of the stress-driven morphological instability in a two-dimensional semi-infinite solid // Acta Metallurgica et Materialia. 1993. Vol. 42. № 11. P. 3629–3641.

11. Pang Y., Huang R. Nonlinear effect of stress and wetting on surface evolution of epitaxial thin films // Physical Review. 2006. Vol. 74. № 7. P. 075413.

12. Греков М.А., Костырко С.А. Устойчивость плоской формы пленочного покрытия при поверхностной диффузии // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 10. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2007. № 1. С. 46–54.

13. Костырко С.А. Влияние формы возмущения на устойчивость плоской поверхности пленочного покрытия при диффузионных процессах // Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1. Математика. Механика. Астрономия. 2011. № 3. С. 101–111.

14. Kostyrko S.A., Shuvalov G.M. Morphological stability of multilayer film surface during diffusion processes // 2015 International Conference “Stability and Control Processes” in Memory of V.I. Zubov (SCP). Moscow, 2015. P. 392–395.

15. Panat R., Hsia K.J., Cahill D.G. Evolution of surface waviness in thin films via volume and surface diffusion // Journal of Applied Physics. 2005. Vol. 97. № 1. P. 013521.

16. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. М.: Наука, 1966. 707 с.

17. Греков М.А. Сингулярная плоская задача теории упругости. СПб.: Изд-во СПб. гос. ун-та, 2001. 192 c.

18. Grekov M.A., Kostyrko S.A. A multilayer film coating with slightly curved boundary // International Journal of Engineering Science. 2015. Vol. 89. P. 61–74.

19. Grekov M.A., Vakaeva A.B. Effect of nanosized asperities at the surface of a nanohole // Proceedings of the 7th European Congress on Computational Method in Applied Science and Engineering. Athens, 2016. Vol. VI. P. 7875–7885.

20. Вакаева А.Б., Греков М.А. Напряженно-деформированное состояние упругого тела с почти круговым отверстием при учете поверхностного напряжения // Процессы управления и устойчивость. 2015. Т. 2. № 1. С. 125–130.


Рецензия

Для цитирования:


Костырко С.А., Шувалов Г.М. ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НА САМООРГАНИЗАЦИЮ ПОВЕРХНОСТИ МНОГОСЛОЙНОГО ПЛЕНОЧНОГО ПОКРЫТИЯ. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2017;(4):46-51. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-46-51

For citation:


Kostyrko S.A., Shuvalov G.M. THE INFLUENCE OF DIFFUSION PROCESSES ON THE SURFACE SELF-ORGANIZATION IN THE MULTILAYER FILM COATING. Science Vector of Togliatti State University . 2017;(4):46-51. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-46-51

Просмотров: 19


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)