alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейсalternative-16Research ArticleНАУЧНЫЕ ОБЗОРЫSCIENTIFIC REVIEWSЭВОЛЮЦИЯ СТРУКТУРЫ С РОСТОМ ТОЛЩИНЫ КОНДЕНСИРОВАННЫХ ПЛЕНОК НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВEVOLUTION OF THE STRUCTURE WITH INCREASING THICKNESS CONDENSED FILMS OF INORGANIC MATERIALSБелоноговЕ. К.BelonogovE. K.

д-р физ.-мат. наук, ВГТУ – профессор кафедры физики; ВГУ – профессор кафедры материаловедения и индустрии наносистем; доцент кафедры физики твердого тела.

Voronezh State Technical University – Professor of chair of Physics; Voronezh State University – Professor of chair of materials science and industry nanosystems; Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor in the Department of Physics of Solids

ekbelonogov@mail.ruВоронежский государственный технический университетРоссияVoronezh State Technical UniversityRussian Federation201507112015037997Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20152015Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/16

Проанализированы  эффекты  ионно-плазменного  нанесения  пленочных  покрытий (микро-  и  нанокристаллические композиционные гетероструктуры) с градиентным характером морфологии, фазового и элементного состава, субструктуры и ориентации. Обсуждается перечень подходов к формированию градиентных структур у свободной поверхности для модификации или получения новых свойств материала. Показано, что компоненты плазмы, выступая ассистентами конденсации материала, инициируют механизмы формирования дискретных и компактных, пористых и плотных, изотропных и морфо-анизотропных, аморфных и кристаллических конденсатов. Установлены закономерные связи условий нанесения, морфологических параметров и свойств ионно-плазменного конденсата. 

The analysis of the effects of ion-plasma film coating (micro- and nanocrystalline composite heterostructures) with a gradient character morphology, phase and elemental composition, substructure and orientation. Discusses approaches to the formation of gradient structures at the free surface modification or new material properties. It is shown that plasma component – assistants condensation of material, initiate mechanisms of formation of discrete and compact, porous and dense, isotropic and anisotropic morphological, amorphous and crystalline condensates. The relation between the synthesis conditions, morphological parameters and properties of ion-plasma condensate (IPC).

пленочные покрытияградиентструктураориентациярельефморфология поверхностифазовый составмагнетронное распылениеэлектронная микроскопиядифракция быстрых электроновfilm coatingsgradientstructureorientationsurface morphologyphase compositionmagnetron sputteringelectron microscopydiffraction of fast electronsReferencesКаштанов П.В., Смирнов Б.М., Хипплер Р. Магнетронная плазма и нанотехнология // УФН. 2007. Т. 177, № 5. С. 473.Kaštanov P.V., Smirnov B.M., Hippler R. Magnetronnaâ plazma i nanotehnologiâ // UFN. 2007. T. 177, № 5. S. 473.Данилин Б.С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких пленок. М.: Энерго-атомиздат, 1989.Danilin B.S. Primenenie nizkotemperaturnoj plazmy dlâ naneseniâ tonkih plenok. M.: Ènergoatomizdat, 1989.Иевлев В.М. Структурные превращения в тонких пленках. М.: Металлургия, 1982.Ievlev V.M. Strukturnye prevraŝeniâ v tonkih plenkah. M.: Metallurgiâ, 1982.Золотухин И.В., Иевлев В.П., Белоногов Е.К., Держнев Д.А., Маркова А.Е. Фрактальная структура фуллерита // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т. 67, вып. 9. С. 684-685.Zolotuhin I.V., Ievlev V.P., Belonogov E.K., Deržnev D.А., Markova А.E. Fraktal'naâ struktura fullerita // Pis'ma v ŽÈTF. 1998. T. 67, vyp. 9. S. 684-685.Золотухин И.В., Голев И.М., Иевлев В.П., Белоногов Е.К., Держнев Д.А. Структура и термо-ЭДС нанотрубного углеродного депозита, полученного в плазме электрического разряда // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29, № 23. С. 84-85.Zolotuhin I.V., Golev I.M., Ievlev V.P., Belonogov E.K., Deržnev D.А. Struktura i termo-ÈDS nanotrubnogo uglerodnogo depozita, polučennogo v plazme èlektričeskogo razrâda // Pis'ma v ŽTF. 2003. T. 29, № 23. S. 84-85.Иевлев В.М., Белоногов Е.К. Структура двухслойных эпитаксиальных пленок Ag-Al // ФММ. 1983. Т. 56, вып. 2. С. 322-326.Ievlev V.M., Belonogov E.K. Struktura dvuhslojnyh èpitaksial'nyh plenok Ag-Al // FMM. 1983. T. 56, vyp. 2. S. 322-326.Белоногов Е.К., Даринский Б.М., Ильин А.С., Митрохин В.И., Мошников В.А., Харин А.Н., Ярославцев Н.П. Внутреннее трение в пленках на основе Si3N4 и Cu-Se // Изв. РАН. Сер. Физ. 2005. Т. 69, № 8. С. 1168-1170.Belonogov E.K., Darinskij B.M., Il'in А.S., Mitrohin V.I., Mošnikov V.А., Harin А.N., Âroslavcev N.P. Vnutrennee trenie v plenkah na osnove Si3N4 i Cu-Se // Izv. RАN. Ser. Fiz. 2005. T. 69, № 8. S. 1168-1170.Хрипунов Г.С., Черных Е.П., Белоногов Е.К., Ковтун Н.А. Гибкие солнечные модули на основе сульфида и теллурида кадмия // ФТП. 2009. Т. 43, вып. 8. С. 1084-1089.Hripunov G.S., Černyh E.P., Belonogov E.K., Kovtun N.А. Gibkie solnečnye moduli na osnove sul'fida i tellurida kadmiâ // FTP. 2009. T. 43, vyp. 8. S. 1084-1089.Хрипунов Г.С., Копач Г.И., Белоногов Е.К. Пленочные солнечные элементы на основе CdS/CdTe с наноразмерными сопрягающимися слоями // Материаловедение. 2008. № 11. С. 59-63.Hripunov G.S., Kopač G.I., Belonogov E.K. Plenočnye solnečnye èlementy na osnove CdS/CdTe s nanorazmernymi soprâgaûŝimisâ sloâmi // Materialovedenie. 2008. № 11. S. 59-63.Белоногов Е.К., Хрипунов Г.С. Размерный эффект, субструктура слоев и свойства солнечных элементов на основе CdS/CdTe // Альтернативная энергетика и экология – ISJAEE. 2009. № 2. С. 76-82.Belonogov E.K., Hripunov G.S. Razmernyj èffekt, substruktura sloev i svojstva solnečnyh èlementov na osnove CdS/CdTe // Аl'ternativnaâ ènergetika i èkologiâ – ISJAEE. 2009. № 2. S. 76-82.Черемской П.Г., Слезов В.В. Поры в твердом теле. М.: Энергоатомиздат, 1990.Čeremskoj P.G., Slezov V.V. Pory v tverdom tele. M.: Ènergoatomizdat, 1990.Олемской А.И. Уравнение Фоккера-Планка // УФН. 1998. Т. 168, № 4. С. 475-480.Olemskoj А.I. Uravnenie Fokkera-Planka // UFN. 1998. T. 168, № 4. S. 475-480.Морохов И.Д. Физические явления в улътра-дисперсных средах. М.: Энергоиздат, 1984.Morohov I.D. Fizičeskie âvleniâ v ul"tradispersnyh sredah. M.: Ènergoizdat, 1984.Thornton J.A. Impurity effect on structure of metal films // J. Vac. Sci. Technol. 1974. Vol. 11, No. 4. Р. 666.Thornton J.A. Impurity effect on structure of metal films // J. Vac. Sci. Technol. 1974. Vol. 11, No. 4. P. 666.Мовчан Б.А. Композиционные материалы, осажденные из паровой фазы в вакууме. Киев: ИЭС им. Е.О. Патона АН УССР, 1989.Movčan B.А. Kompozicionnye materialy, osaždennye iz parovoj fazy v vakuume. Kiev: IÈS im. E.O. Patona АN USSR, 1989.Патент № 2109362. МКИ С1 (51) 6Н01G 9/00. Способ модификации поверхности фольги для электролитических конденсаторов / Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Бурова С.В., Кущев С.Б., Тураева Т.Л. // Опубл. 20.11.97, Бюл. № 30.Patent № 2109362. MKI S1 (51) 6N01G 9/00. Sposob modifikacii poverhnosti fol'gi dlâ èlektrolitičeskih kondensatorov / Ievlev V.M., Belonogov E.K., Burova S.V., Kuŝev S.B., Turaeva T.L. // Opubl. 20.11.97, Bûl. № 30.Патент №2123738 РФ. МКИ С1 (51) 6Н01G 9/00,9/04. Пористое покрытие для модификации поверхности фольги электролитического конденсатора / Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Бурова С.В., и др. // Бюл. № 35. 20.12.1998.Patent №2123738 RF. MKI S1 (51) 6N01G 9/00,9/04. Poristoe pokrytie dlâ modifikacii poverhnosti fol'gi èlektrolitičeskogo kondensatora / Ievlev V.M., Belonogov E.K., Burova S.V., i dr. // Bûl. № 35. 20.12.1998.Иевлев В.М., Тураева Т.Л., Белоногов Е.К., Исаев А.Ю., Иевлев В.П. Пленочная композиция на основе углерода и оксида алюминия с высокой удельной поверхностью проводящей фазы // Физ-ХОМ. 1998. № 1. С. 104-106.Ievlev V.M., Turaeva T.L., Belonogov E.K., Isaev А.Û., Ievlev V.P. Plenočnaâ kompoziciâ na osnove ugleroda i oksida alûminiâ s vysokoj udel'noj poverhnost'û provodâŝej fazy // FizHOM. 1998. № 1. S. 104-106.Белоногов Е.К. Формирование композиционных покрытий с высокой открытой пористостью на основе углерода и оксида алюминия / Труды МНПК «Нелинейная динамика металлургических процессов и систем». Липецк, 2003. С. 120-124.Belonogov E.K. Formirovanie kompozicionnyh pokrytij s vysokoj otkrytoj poristost'û na osnove ugleroda i oksida alûminiâ / Trudy MNPK «Nelinejnaâ dinamika metallurgičeskih processov i sistem». Lipeck, 2003. S. 120-124.Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Максименко А.А. Ориентированная конденсация тонких пленок твердого раствора медь–палладий // Горный информационно-аналитический бюл. 2005. С. 132-140.Ievlev V.M., Belonogov E.K., Maksimenko А.А. Orientirovannaâ kondensaciâ tonkih plenok tverdogo rastvora med'–palladij // Gornyj informacionnoanalitičeskij bûlleten'. 2005. S. 132-140.Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Максименко А.А. Субструктура и ориентация тонких пленок твердого раствора Cu-Pd // Поверхность. 2008. № 2. С. 66-70.Ievlev V.M., Belonogov E.K., Maksimenko А.А. Substruktura i orientaciâ tonkih plenok tverdogo rastvora Cu-Pd // Poverhnost'. 2008. № 2. S. 66-70.Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Максименко А.А Ориентированная кристаллизация тонких пленок Pd–Cu // ФММ. 2008. Т. 105, № 6. С. 608-613.Ievlev V.M., Belonogov E.K., Maksimenko А.А Orientirovannaâ kristallizaciâ tonkih plenok Pd–Cu // FMM. 2008. T. 105, № 6. S. 608-613.Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Максименко А.А., Бурханов Г.С., Рошан Н.Р. Субструктура и свойства толстых пленок палладия // Металлы. 2008. № 1. С. 95-102.Ievlev V.M., Belonogov E.K., Maksimenko А.А., Burhanov G.S., Rošan N.R. Substruktura i svojstva tolstyh plenok palladiâ // Metally. 2008. № 1. S. 95-102.Иевлев В.М., Солнцев К.А., Максименко А.А., Белоногов Е.К., Канныкин С.В., Синельников А.А., Синецкая Д.А. Стабилизация упорядоченной структуры тонкой конденсированной фольги твердого раствора Pd-Cu в среде водорода // ДАН. 2015. Т. 460, № 4. С. 422.Ievlev V.M., Solncev K.А., Maksimenko А.А., Belonogov E.K., Kannykin S.V., Sinel'nikov А.А., Sineckaâ D.А. Stabilizaciâ uporâdočennoj struktury tonkoj kondensirovannoj fol'gi tverdogo rastvora Pd-Cu v srede vodoroda // DАN. 2015. T. 460, № 4. S. 422.Иевлев В.М., Максименко А.А., Белоногов Е.К., Канныкин С.В., Сладкопевцев Б.В., Бурханов Г.С., Рошан Н.Р., Чистов Е.М. Ориентированная кристаллизация толстых пленок Pd-Ru в процессе магнетронного распыления мишени // Материаловедение. 2015. № 2. С. 37-40.Ievlev V.M., Maksimenko А.А., Belonogov E.K., Kannykin S.V., Sladkopevcev B.V., Burhanov G.S., Rošan N.R., Čistov E.M. Orientirovannaâ kristallizaciâ tolstyh plenok Pd-Ru v processe magnetronnogo raspyleniâ mišeni // Materialovedenie. 2015. № 2. S. 37-40.Патент №2381055 РФ. МКИ С2, (51)ПМК B01D. Способ изготовления композиционных мембран на основе тонких пленок металлов / Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Максименко А.А., Рошан Н.Р. // Бюл. № 4. 10.02.2010.Patent №2381055 RF. MKI S2, (51)PMK B01D. Sposob izgotovleniâ kompozicionnyh membran na osnove tonkih plenok metallov / Ievlev V.M., Belonogov E.K., Maksimenko А.А., Rošan N.R. // Bûl. № 4. 10.02.2010.Иевлев В.М., Шведова О.Г., Белоногов Е.К., Селезнев А.Д. Ориентация и субструктура пленок ZnO, полученных магнетронным распылением // Неорганические материалы. 1991.Т. 27, № 3. С. 521-525.Ievlev V.M., Švedova O.G., Belonogov E.K., Seleznev А.D. Orientaciâ i substruktura plenok ZnO, polučennyh magnetronnym raspyleniem // Neorganičeskie materialy. 1991.T. 27, № 3. S. 521-525.Белоногов Е.К. Структура, ориентация и фазовый состав пленок Al-Cu, Al-Ag, Al-Ni: Автореф. дис. … канд. физ.-мат. наук. Воронеж, 1983.Belonogov E.K. Struktura, orientaciâ i fazovyj sostav plenok Al-Cu, Al-Ag, Al-Ni: Аvtoref. dis. … kand. fiz.-mat. nauk. Voronež, 1983.Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Харин А.Н. Синтез и субструктура ориентированных пленок CuInSe2 // Неорганические материалы. 2005. Т. 41, № 1. С. 15–22.Ievlev V.M., Belonogov E.K., Harin А.N. Sintez i substruktura orientirovannyh plenok CuInSe2 // Neorganičeskie materialy. 2005. T. 41, № 1. S. 15–22.Баринов С.М., Белоногов Е.К., Иевлев В.М. Синтез компактных нанокристаллических пленок гидроксиапатита // ДАН. 2007. Т. 412 (3) С. 347-350.Barinov S.M., Belonogov E.K., Ievlev V.M. Sintez kompaktnyh nanokristalličeskih plenok gidroksiapatita // DАN. 2007. T. 412 (3) S. 347-350.Иевлев В.М., Домашевская Э.П., Терехов В.А., Третьяков Ю.Д., Баринов С.М., Белоногов Е.К., Костюченко А.В. Синтез нанокристаллических пленок гидроксиапатита // Конденсированные среды и межфазные границы. 2007. Т. 9, № 3. С. 209-215.Ievlev V.M., Domaševskaâ È.P., Terehov V.А., Tret'âkov Û.D., Barinov S.M., Belonogov E.K., Kostûčenko А.V. Sintez nanokristalličeskih plenok gidroksiapatita // Kondensirovannye sredy i mežfaznye granicy. 2007. T. 9, № 3. S. 209-215.Домашевская Э.П., Баринов С.М., Иевлев В.М., Костюченко А.В., Белоногов Е.К. Структура, элементный состав и механические свойства пленок, полученных методом ВЧМР гидроксиапатита // Физика и химия стекла. 2008. Т. 34. С. 798-807.Domaševskaâ È.P., Barinov S.M., Ievlev V.M., Kostûčenko А.V., Belonogov E.K. Struktura, èlementnyj sostav i mehaničeskie svojstva plenok, polučennyh metodom VČMR gidroksiapatita // Fizika i himiâ stekla. 2008. T. 34. S. 798-807.Патент № 2.372.101. МКИ С1, РФ (51)ПМК A61L 27/32. Способ получения на подложке плотного кристаллического кальций-фосфатного покрытия с составом стехиометрического гидроксиапатита / Иевлев В.М., Белоногов Е.К., Костюченко A.B. // Бюл. № 31. 10.11.2009.Patent № 2.372.101. MKI S1, RF (51)PMK A61L 27/32. Sposob polučeniâ na podložke plotnogo kristalličeskogo kal'cij-fosfatnogo pokrytiâ s sostavom stehiometričeskogo gidroksiapatita / Ievlev V.M., Belonogov E.K., Kostûčenko A.B. // Bûl. № 31. 10.11.2009.Иевлев В.М., Баpинов С.М., Костюченко А.В., Белоногов Е.К. Стpуктуpа и механические свойства пленок гидpоксиапатита на титане // Материаловедение. 2010. № 6. С. 22-26.Ievlev V.M., Bapinov S.M., Kostûčenko А.V., Belonogov E.K. Stpuktupa i mehaničeskie svojstva plenok gidpoksiapatita na titane // Materialovedenie. 2010. № 6. S. 22-26.Баринов С.М., Белоногов Е.К., Иевлев В.М и др. Фазовый состав, субструктура и морфология кальцийфосфатных цементов // Конденсированные среды и межфазные границы. 2012. Т. 14(3). С. 285-291.Barinov S.M., Belonogov E.K., Ievlev V.M i dr. Fazovyj sostav, substruktura i morfologiâ kal'-cijfosfatnyh cementov // Kondensirovannye sredy i mežfaznye granicy. 2012. T. 14(3). S. 285-291.Иевлев В.М., Костюченко А.В., Белоногов Е.К., Сумец М.П., Вахтель В.М., Сидоров Н.В., Па-латников М.Н. Структура и свойства пленок LiNbO3, полученных методом ВЧМР // Перспективные материалы. 2010. № 3. С. 26-33.Ievlev V.M., Kostûčenko А.V., Belonogov E.K., Sumec M.P., Vahtel' V.M., Sidorov N.V., Palatnikov M.N. Struktura i svojstva plenok LiNbO3, polučennyh metodom VČMR // Perspektivnye materialy. 2010. № 3. S. 26-33.Белоногов Е.К. Структурные и субструктурные изменения с ростом толщины конденсированных пленок неорганических материалов: Автореф. дис. … д-ра физ.-мат. наук 01.04.07, Воронеж, 2011.Belonogov E.K. Strukturnye i substrukturnye izmeneniâ s rostom tolŝiny kondensirovannyh plenok neorganičeskih materialov: Аvtoref. dis. … d-ra fiz.-mat. nauk 01.04.07, Voronež, 2011.Антонова М.C., Белоногов Е.К., Боряк А.В., Вавилова В.В., Иевлев В.М., Канныкин С.В., Палий Н.А. Активируемая фотонной обработкой нанокристаллизация и твердость сплава Fe78P20Si2 // Неорганические материалы. 2015. Т. 51, № 3. С. 333.Аntonova M.C., Belonogov E.K., Borâk А.V., Vavilova V.V., Ievlev V.M., Kannykin S.V., Palij N.А. Аktiviruemaâ fotonnoj obrabotkoj nanokristallizaciâ i tverdost' splava Fe78P20Si2 // Neorganičeskie materialy. 2015. T. 51, № 3. S. 333.Демьянов С.Е., Петров А.В., Белоногов Е.К. и др. Наноструктуры с треками быстрых тяжелых ионов // Изв. РАН. 2008. Т. 72, № 9. С. 1262-1264.Dem'ânov S.E., Petrov А.V., Belonogov E.K. i dr. Nanostruktury s trekami bystryh tâželyh ionov // Izv. RАN. 2008. T. 72, № 9. S. 1262-1264.Демьянов С.Е., Канюков Е.Ю., Петров А.В., Белоногов Е.К., Стрельцов Е.А., Иванов Д.К., Иванова Ю.А. Морфология наноструктур Si/SiO2/Ni с треками быстрых тяжелых ионов в оксиде кремния // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2014. № 8. С. 77.Dem'ânov S.E., Kanûkov E.Û., Petrov А.V., Belonogov E.K., Strel'cov E.А., Ivanov D.K., Ivanova Û.А. Morfologiâ nanostruktur Si/SiO2/Ni s trekami bystryh tâželyh ionov v okside kremniâ // Poverhnost'. Rentgenovskie, sinhrotronnye i nejtronnye issledovaniâ. 2014. № 8. S. 77.Иевлев В.М., Солнцев К.А., Максименко А.А., Канныкин С.В., Белоногов Е.К., Донцов А.И., Рошан Н.Р. Образование тонкой фольги упорядоченного твердого раствора Pd-Cu с кристаллической решеткой типа CsCl в процессе магнетронного распыления // Докл. Академии наук. 2014. Т. 457, № 6. С. 676.Ievlev V.M., Solncev K.А., Maksimenko А.А., Kannykin S.V., Belonogov E.K., Doncov А.I., Rošan N.R. Obrazovanie tonkoj fol'gi uporâdočennogo tverdogo rastvora Pd-Cu s kristalličeskoj rešetkoj tipa CsCl v processe magnetronnogo raspyleniâ // Dokl. Аkademii nauk. 2014. T. 457, № 6. S. 676.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.