Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

внутреннего трения в тонких пленках. В 1963 году Вейсом и Смитом была предложена следующая методика: пластина плавленого кварца толщиной 1 мкм, шириной 2 мм и длиной 4 мм, с нанесенной на ней исследуемой пленкой, консольно закреплялась в держателе, установленном в нагревателе. Вся система помещалась в вакууме, свободный конец пластины отклонялся специальным кулачком, и возникающие при этом затухающие колебания с частотой порядка 100 Гц фиксировались с помощью оптического луча. Основная экспериментальная трудность заключается в получении достаточно тонкой кварцевой подложки с высокой механической добротностью. На полученную подложку в вакуумной камере с двух сторон (во избежание коробления подложки) наносилась исследуемая пленка, и проводились измерения внутреннего трения этого трехслойного образца. Для проверки методики было измерено внутреннее трение пленки железа с примесью углерода толщиной 5000 Å в интервале температур от 20 до 250 0С. Получен максимум Q-1, соответствующий релаксации атомов углерода (релаксация Сноека) в объемноцентрированной решетке железа. Однако, рассматриваемая методика не получила распространение из-за ряда существенных недостатков, присущих ей.

Эти недостатки таковы:

1)возможно взаимодействие пленки с подложкой, которое никак не учитывается;

2)двухстороннее напыление связано с экспериментальными трудностями получения с обеих сторон кварцевой пластины пленок с одинаковыми физикомеханическими свойствами;

3)несовершенна система возбуждения механических колебаний;

4)вследствие неодинаковости коэффициентов линейного расширения подложки-кварца и напыляемой пленки при нагреве возможно отслаивание пленки от подложки.

238

Перечисленные недостатки не позволили этой методике найти широкое применение в практике исследований.

В 1972 году Юзими с сотрудниками предложил новую методику измерения скорости и затухания ультразвуковых волн на частоте 5 МГц в свободных от подложки пленках золота толщиной 1,7 мкм и размером 6 х 5 – 50 мм2. Схема такой методики приведена на рис. 5.8.

1

2

3

4

9

6

8

7

10

Рис. 5.8. Схема измерения скорости звука и затухания в тонких металлических пленках на частоте 5 МГц:

1 – возбудитель и приемник импульсов; 2 – нагреватель; 3 – термопара; 5 – образец-пленка; 6 – газообразный гелий; 7 –

жидкий гелий; 8 – кварц х- или у-среза; 9 – серебряный электрод, 10 - кварц

239

Определяемая по этой методике величина внутреннего трения в пленках в области температур 4,2-300 К оказалась довольно высокой Q-1 = 10-3. Основной недостаток этой методики – трудности осуществления контакта тонкого образца с возбудителем и приемником колебаний – кварцем. Эти трудности возрастают при уменьшении толщины пленки.

В Воронежском государственном техническом университете разработана и успешно применяется низкочастотная методика измерения внутреннего трения в тонких пленках и фольгах. Возбуждение поперечных механических колебаний в пленочном образце осуществляется с помощью электростатического метода. При этом способе возбуждения на один из концов консольно закрепленного образца (см. рис. 5.9, а) действует периодическая сила, возникающая вследствие электростатического притяжения между электропроводящей поверхностью образца и неподвижным электродом.

Связь между механической и электрической системами при таком способе возбуждения весьма мала, так что влиянием параметров электрической цепи можно пренебречь. Это является существенным преимуществом метода.

Этот же способ применяется при исследовании непроводящих образцов, например диэлектриков или полупроводников. В этом случае на свободный конец образца

240