Диссертация (1105446), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Наблюдаемые дифракционныекартины при повороте вокруг горизонтальной или вертикальной осей на угол ~ 1°вырождаются в пару точечных максимумов, расположенных на оси вращения (см. вставкина рис. 4.41).Рис. 4.41. Кривые качания для дифракционных максимумов первого порядка вокругвертикальной (ω скан) и горизонтальной (ψ скан) осей, расположенных в плоскостиобразца. Оксидная пленка сформирована на сингулярной грани монокристалла сориентацией (100), обозначенной красным цветом на рисунке 4.40.
Представленыхарактерные дифракционные картины для некоторых углов поворота.При переходе на вицинальные грани монокристаллов общий вид дифракционныхкартин и форма кривых качания существенно изменяются (рис. 4.42). В частности,наблюдается некоторое увеличение (примерно в 1,5 раза) разориентации каналов вдольнаправления их роста (β). При этом на кривых качания при вращении образца вокругвертикальной оси (для вицинальных граней монокристалла I) четко различимы два128симметричных максимума, которые можно интерпретировать как два семейства каналов сразличными направлениями роста. В эксперименте по построению кривой качания онипоочередно ориентируются вдоль прямого пучка, что приводит к появлению двухмаксимумов интенсивности на угловой зависимости.
Однако дифракционные картины приповороте на угол ± 1,5° по-прежнему вырождаются в точечные максимумы, так каквышеуказанные семейства каналов параллельны в горизонтальной плоскости. Напротив,при вращении образца вокруг горизонтальной оси (ψ скан) двойные максимумы надифрактограммахсоответствуютрассеяниюрентгеновскогоизлучениянадвухдифракционных решетках, которые разориентированы на некоторый угол относительнокристаллографической плоскости (010) (см. вставки на рис. 4.42б, г).Рис.
4.42. Кривые качания для дифракционных максимумов первого порядка вокругвертикальной (ω скан) и горизонтальной (ψ скан) осей, расположенных в плоскостиобразца. Оксидная пленка сформирована на вицинальных гранях монокристалла I(см. рис. 4.40б) с базисной ориентацией (100): (а, б) – грань наклонена под углом 4,1°(обозначена синим цветом); (в, г) – грань наклонена под углом 1,9° (обозначена зеленымцветом).
Представлены дифракционные картины для углов поворота ± 1,5° относительноцентрального положения.129Положение максимумов на кривых качания несет информацию о направлениироста каналов на различных областях монокристалла. Зная углы наклона вицинальныхграней, которые были установлены по данным оптических измерений с точностью ~ 0,1°,можно рассчитать отклонение продольной оси пор от нормали к поверхности подложки.За точку отсчета как в случае граней монокристалла, так и в случае системы пор в даннойработе принимали соответствующие значения для сингулярной грани монокристалла сориентацией (100). Полученные параметры роста каналов анодного оксида алюминия впродольном направлении представлены в таблице 4.6.Отчетливо видно, что направление роста каналов в плоскости, расположеннойвдольребранаклоннойобласти(кристаллографическаяплоскость(010)длямонокристалла I), практически совпадает с аналогичным на сингулярной гранимонокристаллической подложки.
В плоскости, перпендикулярной вицинальной грани(кристаллографическая плоскость (001)), кроме наличия двух направлений роста каналовнаблюдается также их значительное отклонение от нормали по отношению к подложке. Вслучае грани с наклоном 4,1° (обозначена синим цветом на рисунке 4.40б) углы междуосью каналов и нормалью к поверхности алюминия составляют 0,46° и 0,89° для двухнаблюдаемых направлений роста. При этом оба семейства каналов отклоняются в сторонуотцентральнойобласти,тоестьпридерживаютсянаправлениявдолькристаллографической плоскости (010) в структуре монокристалла. Зеркальная ситуациянаблюдается для грани с наклоном 1,9° (обозначена зеленым цветом на рисунке 4.40б) –соответствующие значения углов составляют 0,09° и 0,44°.Все вышеописанные закономерности полностью воспроизводятся для анодногооксида алюминия, сформированного на синей грани монокристалла II (рис.
4.43а, б). Дляграни, обозначенной оранжевым цветом, аналогичные наблюдения справедливы с учетомповорота на 90° в плоскости образца – на кривых качания виден двойной максимум, адифракционные картины вырождаются в точку при вращении вокруг горизонтальной оси(ψ скан), а для ω скана характерен двойной максимум на дифракционных картинах приуглах поворота ± 1° (рис. 4.43в, г). Вицинальная грань с ребром, расположенным вдолькристаллографического направления [011] (обозначена фиолетовым цветом на рисунке4.40г), представляет собой суперпозицию оранжевой и синей областей: для нее кривыекачания имеют по два максимума при вращении как вокруг горизонтальной, так и вокругвертикальной осей (рис.
4.43д, е).130Таблица 4.6. Особенности роста каналов анодного оксида алюминия в продольном направлении: отклонение направления роста от нормали кповерхности для двух семейств каналов (XC1 и XС2), разориентация между вышеуказанными семействами (ΔXC) и ширина распределенияканалов по ориентации вдоль направления их роста (β). Оксидная пленка получена на поверхности монокристаллов алюминия с основнойориентацией (100) и вицинальными гранями, отклоненными на малые углы от данной сингулярной плоскости. Анодирование проводили вдве стадии в 0,3 М растворе щавелевой кислоты при напряжении 40 В.Монокристалл I(рис. 4.40а, б)Монокристалл II(рис.
4.40в, г)ψ – сканУголнаклонаграни, °XC1, °красная0,0синяяМонокристалл/граньXC2, °ω – сканΔXC, °β, °XC1, °XC2, °ΔXC, °β, °0,000,450,004,10,110,760,460,890,430,40зеленая1,90,100,630,090,440,350,30красная0,00,000,420,00синяя4,90,090,630,40оранжевая5,20,260,650,390,330,07фиолетовая4,90,040,440,400,33-0,160,470,420,740,340,380,720,270,430,30в)а)-5,3-4,8-4,3-3,8Угол поворота ( ),од)-1,0-3,3-0,50,00,5Угол поворота ( ),о-1,1-0,6-0,10,4Угол поворота ( ),о0,92,83,33,8Угол поворота ( ),4,3ое)г)б)2,31,0-5,8-5,3-4,8-4,3Угол поворота ( ),-3,8о2,22,73,23,7Угол поворота ( ),4,2оРис. 4.43. Кривые качания для дифракционных максимумов первого порядка вокругвертикальной (ω скан) и горизонтальной (ψ скан) осей, расположенных в плоскостиобразца.
Оксидная пленка сформирована на вицинальных гранях монокристалла II(см. рис. 4.40в, г) с базисной ориентацией (100): (а, б) – ребро грани вдоль направления[001] (обозначена синим цветом); (в, г) – ребро грани вдоль направления [010] (обозначенаоранжевым цветом); (д, е) – ребро грани вдоль направления [011] (обозначенафиолетовым цветом).
Представлены характерные дифракционные картины для угловповорота ± 1° относительно центрального положения.Для визуализации особенностей роста каналов анодного оксида алюминия навицинальныхграняхвпродольномнаправлениииспользованметодрастровойэлектронной микроскопии. На полученных изображениях (рис.
4.44) отчетливо видно, чтов структуре оксидной пленки присутствуют параллельные каналы без самопересеченийвне зависимости от участка анализа. К сожалению, точность метода электронноймикроскопии не дает возможности фиксировать малые углы разориентации между двумянаправлениями роста каналов, которые отчетливо проявляются при анализе данныхмалоугловой рентгеновской дифракции. Таким образом, каких-либо особенностейморфологии пористой структуры на вицинальных гранях по данным метода РЭМ ненаблюдается.Сосуществование в оксидной пленке двух семейств каналов с различнымнаправлением роста относительно поверхности подложки, по-видимому, становитсявозможным за счет наличия в структуре анодного оксида алюминия тупиковых иветвящихся пор.
Количество подобных дефектов на вицинальных гранях превышаетсоответствующее значение для плоских монокристаллов, что косвенно подтверждаетсяуширением кривых качания примерно в 1,5 раза (см. табл. 4.6). В тоже время, отсутствиезаметного количества ветвящихся каналов на РЭМ изображениях скола оксидной пленки,сформированной как на базисной, так и на вицинальных гранях монокристалла, косвенносвидетельствует о том, что разные направления продольного роста реализуются дляканалов, входящих в состав различных доменов, нежели чем внутри одного доменапористой структуры.
Ранее аналогичные выводы были сделаны в работе [127] наосновании данных, полученных методом малоугловой рентгеновской дифракции свысокой локальностью (диаметр пучка на образце ~ 4 мкм). В частности, было показано,что каждый отдельный домен в структуре анодного оксида алюминия состоит изпараллельных сквозных каналов. Соседние домены разориентированы друг относительнодруга в продольном направлении на незначительный угол порядка 0,05-0,5°.Рис.
4.44. Морфология скола пленки анодного оксида алюминия, полученной нацентральной грани монокристалла I (а) и на вицинальной грани, наклоненной под углом4,1° (б). В верхней части рисунка приведено изображение образца при малом увеличении.Природа роста каналов вглубь металлической подложки на вицинальных граняхисследованных монокристаллов определяется влиянием двух конкурирующих факторов(рис. 4.45). С одной стороны, электромиграция заряженных частиц вдоль линийнапряженности электрического поля определяет рост каналов по нормали к поверхностиалюминиевойподложки.Сдругойстороны,пересечениевысокосимметричныхплоскостей (010) и (001), направленных вглубь подложки перпендикулярно ееповерхности, оказывается энергетически не выгодным вследствие затруднения транспортаионов кислорода через данные кристаллографические плоскости с высокой плотностьюупаковки атомов алюминия.Следует отметить, что электромиграция заряженных частиц по нормали кповерхности образца, несомненно, является основным фактором, задающим направлениероста каналов.
Отклонение от перпендикулярного положения вследствие влияниякристаллографических плоскостей с высокой плотностью упаковки атомов по абсолютной133величине не превышает 1°. Тем не менее, минимальное отклонение каналов от нормали кповерхности составляет не менее 0,4° при угле наклона вицинальной грани ~ 5°, чтосвидетельствует о достаточно существенном вкладе кристаллографии подложки.По-видимому, сходная ориентация рядов пор в плоскости образца дляупорядоченных областей одного семейства приводит к параллельному расположениюканалов в продольном направлении (рис.
4.45). При этом направление роста каналов,входящих в состав доменов с другим азимутальным углом, будет несколько отличным отпервогосемейства.Вышеописанныефактысвидетельствуютовзаимосвязиориентационных и позиционных корреляций в структуре анодного оксида алюминия.Рис. 4.45. Общая схема формирования анодного оксида алюминия на вицинальных граняхмонокристалла (показан скол оксидной пленки). Cемейства каналов с различныминаправлениями роста окрашены в различные цвета для лучшей визуализации.Пунктирные линии показываю нормаль к вицинальной грани.4.5.2. Ориентационные корреляции и мозаичностьКак неоднократно было отмечено выше, общий вид дифракционных картинчрезвычайно чувствителен к направлению роста каналов в анодном оксиде алюминияотносительно пучка рентгеновского излучения.
Наличие на вицинальных гранях двухсемейств каналов, разориентированных друг относительно друга на некоторый угол, непозволяет добиться равномерного распределения интенсивности на детекторе. При любомположении образца дифрактограммы представляют собой наложение картин рассеяния,характерных для максимума кривой качания и ее склона. Это делает невозможным анализориентационных корреляций в пористых пленках, сформированных на вицинальныхгранях, методом малоугловой рентгеновской дифракции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
