Список літератури. 1. Проценко І.Ю. Тонкі металеві плівки (технологія та властивості): навчальний посібник / І.Ю.Проценко

1. Проценко І.Ю. Тонкі металеві плівки (технологія та властивості): навчальний посібник / І.Ю.Проценко, В.А. Саєнко. – Суми: Вид-во СумДУ, 2002. – 187 с.

Лабораторна робота 4

ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕНЗОЧУТЛИВОСТІ ТОНКИХ МЕТАЛЕВИХ ПЛІВОК

 

Мета роботи – визначення коефіцієнта поздовжньої тензочутливості металевої плівки (мідь, хром, олово та ін.) при температурі 300 К.

Елементи теорії. Систематичні дослідження тензочутливості тонких металевих плівок почалися в 60-х роках ХХ ст. Це було пов’язано з тією обставиною, що в тонких плівках чекали більшої величини коефіцієнтів поздовжньої (γ _l) та поперечної (γ _t) тензочутливості порівняно з фольгами, дротами, стрічками. Особливо тензоефект повинен проявлятися в сильнодисперсних або аморфних плівках. Так, у сильнодисперсних плівках вольфраму (середній розмір кристалітів – 10 нм) величина γ _l =40 (γ _t дещо менше і становить величину 30), в той час як у тонких дротах та стрічках Mo-Re та W-Re сплавів γ _l =4 – 6. Підкреслимо, що в даній роботі мова йде про тензоефект у металевих плівках, оскільки в напівпровідникових γ _l може досягати значення до 3000. Але поряд із цим металеві тензодатчики можуть виявитися більш ефективними порівняно з напівпровідниковими в інтервалі підвищених температур (600 – 700), оскільки в них після відповідної термообробки відсутні подальші рекристалізаційні та дифузійні процеси. Тому, незважаючи на відносно малу чутливість електронного опору плівок металів до деформації, їх термічна стабільність дозволяє говорити про практичне використання їх в умовах, де неможливо застосовувати тензодатчики з напівпровідникових плівок.

Згідно з означенням коефіцієнти γ _l (деформація зразка відбувається в напрямі протікання струму) та γ _t (деформація відбувається в напрямі, перпендикулярному до протіканню струму) відповідно дорівнюють:

(1)

(2)

де R_п, ρ _п – початковий опір або питомий опір; ε _l = dl/l_п, ε _t = = da/a_п – поздовжня та поперечна деформація; l_п, a_п – початкова довжина і ширина плівки; μ – коефіцієнт Пуасона для плівки.

Як теоретичні, так і експериментальні дослідження розмірного ефекту в тензоефекті свідчать про те, що із зростанням товщини плівок коефіцієнти γ _l та γ _t, як правило, зменшуються, що цілком пояснюється в рамках теорії Фукса-Зондгеймера. Однак розсіювання носіїв електричного струму на межі кристалітів може привести до прямо протилежної залежності від товщини. У зв’язку з цим були запропоновані два параметри розсіювання носіїв струму:

, , (3)

де L та d – середній розмір кристалітів та товщина плівки; λ ₀ – середня довжина вільного пробігу електронів у масивних зразках; r та р – коефіцієнти проходження межі кристалітів та дзеркальності зовнішніх поверхонь плівки. Співвідношення між величинами ν та μ буде визначати не тільки абсолютну величину γ _l і γ _t, а також і характер їх залежності від товщини. Це пояснюється тим, що в процесі деформації плівки кристаліти повертаються один відносно іншого, змінюють свою форму, що обумовить появу поверхневих енергетичних станів. Поряд із цими процесами на межі кристалітів всередині них буде відбуватися зміщення атомів решітки із рівноважних положень, зміна концентрації та характеру дефектів. В аморфних плівках характерним є наявність позиційної невпорядкованості атомів, що обумовлює появу локалізованих енергетичних рівнів за межами зони провідності кристалічної решітки, які дуже чутливі до деформації.

 

Методичні вказівки. Як метал, з якого будуть конденсуватися плівки, можна взяти хром, титан, нікель або кобальт. Температура підкладки - у межах 300 – 350 К. Схема деформаційного пристрою та розміщення контактів для вимірювання на розтяг γ _l подані на рис.1.

Рисунок 1 - Схема деформаційного пристрою та розміщення контактів для вимірювання КТ

 

Після одержання плівки необхідно переконатися в тому, що вона електрично та структурно суцільна. Після закріплення підкладки (склотекстоліт) в деформаційний пристрій провести декілька (3 – 4) деформаційних циклів за схемою «навантаження-зняття навантаження». Переконавшись, що після 3-го, 4-го циклів опір практично не змінюється, побудувати графіки в координатах «Δ R / R_п - ε _l», де R_п - кінцеве значення опору після першого, другого і т.д. деформаційних циклів виступає як друге, третє і т.д. значення початкового опору (за такої умови всі деформаційні цикли будуть починатися з нуля). Як максимальне значення деформації ε _l можна взяти величину Δ l / l_п =0, 01 (тобто 1%). Величину γ _l знаходимо у відповідності до формули (1) за кутовим коефіцієнтом залежності Δ R / R_п від ε _l:

.У тому випадку, коли плівка зруйнується, необхідно одержати нову і вимірювання провести із самого початку.