xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

Συναπόθεση Cr - Ni σε Μονοκρύσταλλο NiO(100) και Μελέτη της ∆ιεπιφάνειας
µε Φασµατοσκοπία Φωτοηλεκτρονίων Ακτίνων-Χ.
E.Συµιανάκης 1 *, Σ.Λαδάς 1
1 Τµήµα Χηµικών Μηχανικών, Πανεπιστήµιο Πατρών
και ΙΤΕ /ΕΙΧΗΜΥΘ, 26504 Ρίον, Πάτρα
* manos_simianakis@chemeng.upatras.gr
Η απόθεση µεταλλικών σωµατιδίων και υπέρλεπτων υµενίων πάνω σε επιφάνειες οξειδίων οδηγεί στην
δηµιουργία επαφών µετάλλου-οξειδίου, οι οποίες έχουν σχέση µε σηµαντικές τεχνολογικές εφαρµογές, όπως
µικροηλεκτρονικές και φωτοβολταικές, συσκευές, ανιχνευτές αερίων, στηριγµένοι καταλύτες και σύνθετα υλικά.
Για την απόθεση του Ni πάνω σε επιφάνειες οξειδίων είναι γνωστό ότι η χηµική δραστικότητα του υποστρώµατος
παίζει καθοριστικό ρόλο στη συµπεριφορά των αποτιθέµενων ατόµων [1-4]. Υπάρχει µεγάλο ενδιαφέρον για τα
λεπτά υµένια κράµατος Ni-Cr καθώς χρησιµοποιούνται από την βιοµηχανία των ηλεκτρονικών ως αντιστάσεις,
ενώ νήµατα Ni-Cr χρησιµοποιούνται σε διάφορες εφαρµογές λόγω της µεγάλης αντοχής των κραµάτων Ni-Cr σε
διάβρωση από οξέα. Στη βιβλιογραφία υπάρχουν µελέτες της συµπεριφοράς του Ni και του Cr πάνω σε
επιφάνειες διαφόρων οξειδίων [5-7], ενώ έχουν µελετηθεί και οι τρόποι οξείδωσης λεπτών υµενίων Ni-Cr από την
αέρια φάση [8-11 ].
Στην παρούσα εργασία µελετήθηκε η διεπιφάνεια που σχηµατίζεται κατά την συναπόθεση Cr-Ni, µε την
τεχνική της θερµικής εξάχνωσης από κατάλληλη πηγή υπό συνθήκες περίσσειας Cr , πάνω στην οπτικά λεία
επιφάνεια µονοκρυστάλλου NiO προσανατολισµένη παράλληλα στο κρυσταλλογραφικό επίπεδο (100). Η
διεπιφάνεια µελετήθηκε µε φασµατοσκοπία φωτοηλεκτρονίων ακτίνων-Χ (XPS), χρησιµοποιώντας µη
µονοχρωµατική πηγή Al K α (1486,6 eV) και ηµισφαιρικό αναλύτη µε σταθερή ενέργεια διέλευσης 100 eV, σε
περιβάλλον υπερυψηλού κενού (5x10 -10 mbar). Επίσης µελετήθηκε η συµπεριφορά των υµενίων κατά την
ιοντοβολή της επιφάνειας µε ιόντα αργού. Οι αποθέσεις έγιναν διαδοχικά σε θερµοκρασία δωµατίου, ενώ µετά
από κάθε απόθεση ελεγχόταν η κατάσταση της επιφάνειας µε την λήψη φασµάτων XPS, ανεβάζοντας την
θερµοκρασία του δείγµατος στους 635 Κ προκειµένου να αποφευχθεί η παραµόρφωση των φασµάτων λόγω
διαφορικής φόρτισης.
Τα φάσµατα XPS έδειξαν την αναµενόµενη αύξηση της έντασης της κορυφής Ni2p 3/2 του µεταλλικού
νικελίου (Νi 0 ) και την αντίστοιχη ελάττωση για την κορυφή Ni2p 3/2 του οξειδίου που προέρχεται από το
υπόβαθρο (Νi ΝιΟ ). Οµως, η επίσης αυξανόµενη κορυφή Cr2p 3/2 αντιστοιχεί σε Cr 2 O 3 , ενώ δεν παρατηρήθηκε
ποτέ κορυφή µεταλλικού Cr πάνω στην επιφάνεια. Στο σχήµα 1, η µεταβολή του λόγου των εντάσεων των
κορυφών Ο1s/ Νi ΝιΟ 2p3/2 , ως συνάρτηση του αντίστοιχου λόγου των κορυφών Νi 0 2p3/2 / Νi ΝιΟ 2p3/2 που είναι
ένα µέτρο της προόδου της συναπόθεσης, συγκρίνεται µε την αντίστοιχη µεταβολή όταν αποτίθεται µόνον Ni 0 σε
NiO(100)[7]. Στην τελευταία περίπτωση, οι πειραµατικές τιµές βρίσκονται πολύ κοντά σε θεωρητικό µοντέλο που
βασίζεται σε στρωµατική ανάπτυξη υµενίου Νi 0 σε NiO (σχ.1). Κατά τη συναπόθεση Cr-Ni, ο λόγος Ο1s/ Νi ΝιΟ
2p3/2 αυξάνεται εντονότερα λόγω της παρουσίας οξυγόνου από το Cr 2 O 3 . Εφαρµόζοντας ένα µοντέλο
στρωµατικής ανάπτυξης, όπου ένα στρώµα Νi 0 βρίσκεται ανάµεσα στην επιφάνεια του NiO και ενός στρώµατος
Cr 2 O 3 µε σταθερή σχέση του πάχους των δύο στρωµάτων, προέκυψε συµφωνία µε της πειραµατικές
µετρήσεις,µέσα στα όρια του σφάλµατος, τόσο για τον λόγο των εντάσεων των O1s/Ni NiO 2p 3/2 (σχήµα 1), όσο και
για το λόγο Cr Cr2O3 2p 3/2 /Ni NiO 2p 3/2 ως συνάρτηση του λόγου Νi 0 2p3/2 / Νi ΝιΟ 2p3/2 (σχήµα2).
3.6
3.2
Αποθέσεις Ni
Μοντέλο υµενίου Ni σε NiO
Συναποθέσεις Cr-Ni
Μοντέλο υµενίων Cr2O3/Ni 0 σε NiO
HO1s / HNi NiO 2p
3/2
2.8
2.4
2.0
1.6
1.2
0.8
0.4
0.0
0.0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
ANi 0 2p 3/2
/ANi NiO 2p 3/2
Σχήµα 1: Μεταβολή του λόγου των εντάσεων των κορυφών Ο1s/ Νi ΝιΟ 2p3/2 , ως συνάρτηση του αντίστοιχου
λόγου Νi 0 2p3/2 / Νi ΝιΟ 2p3/2 : () Κατά την απόθεση Νi 0 /NiO , () Κατά τη συναπόθεση Cr-Ni , () Από
θεωρητικό µοντέλο υµενίου Νi 0 /NiO , () Από θεωρητικό µοντέλο διαδοχικών υµενίων Cr 2 O 3 / Νi 0 /NiO.
204