vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestift-303Research ArticleМАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, МЕТАЛЛУРГИЯMATERIALS SCIENCES AND ENGINEERING, METALLURGYПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПРОСВЕЧИВАЮЩЕЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ ФОРМИРОВАНИЯ ИОННО-ЛУЧЕВЫХ МНОГОСЛОЙНЫХ НАНО- СТРУКТУРНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ХРОМАAPPLICATION OF TEM FOR EVALUATION OF FORMATION OF ION BEAM MULTILAYER NANOSTRUCTURED COATINGS BASED ON CHROMIUMИльющенкоА. Ф.IlyushchenkoA. Ph.

член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, профессор, директор

Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, D. Sc. (Engineering), Professor, Director

Alexil@mail.belpak.byАндреевМ. А.AndreevM. A.

кандидат физико- математических наук, директор

Ph. D. (Physics and Mathematics), Director

andreyev.mikhail@gmail.comМарковаЛ. В.MarkovaL. V.

кандидат технических наук, заведующая отделением № 4 (начальник Испытательного центра)

Ph. D. (Engineering), Head of Division “Material Research & Testing” (Chief of accredited Test Center)

iscentr@tut.byЛисовскаяЮ. О.LisovskayaY. O.

заведующая группой химико-спектрального анализа

Head of the group of chemical and spectral analysis

lisovskayauliya@hotmail.comИнститут порошковой металлургии Национальной академии наук БеларусиPowder Metallurgy Institute of the National Academy of Sciences of BelarusОбособленное хозрасчетное структурное подразделение «Институт сварки и защитных покрытий» Национальной академии наук БеларусиInstitute of Welding and Protective Coatings of the National Academy of Sciences of Belarus20170808201702714Copyright © Ильющенко А.Ф., Андреев М.А., Маркова Л.В., Лисовская Ю.О., 20172017Ильющенко А.Ф., Андреев М.А., Маркова Л.В., Лисовская Ю.О.Ilyushchenko A.P., Andreev M.A., Markova L.V., Lisovskaya Y.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/303

Целью данной работы является изучение механизма формирования монослоя в многослойном ионно-лучевом наноструктурном покрытии методом просвечивающей электронной микроскопии, а также разработка модели формирования и роста монослоя при ионно-лучевом распылении мишени с ионным ассистированием подложки. Для исследования механизма формирования и роста монослоя в покрытии была разработана методика препарирования образцов для их последующего изучения с использованием электронного микроскопа Tescan MIRA (Чехия), позволяющего получить изображения поверхности исследуемого объекта с высоким разрешением, особенно при низких ускоряющих напряжениях. Для исследования тонких пленок метод просвечивающей электронной микроскопии используется гораздо чаще, чем сканирующей, поэтому разработана приставка, позволяющая получать изображения в проходящих электронах – TE-детектор для исследования методом сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM – Scanning Transmission Electron Microscopy). При изучении монослоев методом просвечивающей электронной микроскопии с использованием TE-детектора предложен механизм формирования монослоя в многослойном ионно-лучевом наноструктурном покрытии, состоящий из следующих этапов: адсорбция частиц хрома на поверхности подложки; поверхностная диффузия к ступени винтовой дислокации; 2D-рост монослоя хрома (формирование 2D-террас) из 2D-островков; 2D→3D-переход – переход в режим роста трехмерных островков (3D-рост) по механизму Странского – Крастанова. Разработана модель формирования и роста монослоя при ионно-лучевом распылении мишени с ионным ассистированием подложки. 

The aim of the work is to study a mechanism of formation of a monolayer in a multilayered ion beam nanostructured coating by transmission electron microscopy (TEM), and a model of formation and growth of a monolayer by ion beam sputtering of target substrate with an ion assisting. To investigate the mechanism of formation and growth of monolayer in the coating a technique of sample preparation was developed for further study using electron microscopy Tescan MIRA (Czech Republic), allowing to obtain image surface of an object with high resolution, especially at low accelerating voltages. For the study of thin films, transmission electron microscopy is used much more frequently than scanning, so a console has been designed that allows to obtain images in the passing electrons – TE detector for study by scanning transmission electron microscopy (STEM – Scanning Transmission Electron Microscopy). During study of monolayers by transmission electron microscopy using a TE detector, a mechanism of the formation of monolayer in multilayer ion-beam nanostructured coating has been proposed, consisting of the following steps: the adsorption of chromium particles on the substrate surface; surface diffusion to the stage of a screw dislocation; 2D-growth of chromium monolayer (2D-formation terraces) of 2D-islands; 2D→3D transition – the transition to three-dimensional island growth mode (3D-growth) by the mechanism of Stransky – Krastanow. The model of formation and growth of monolayer under ion-beam sputtering of a target with ion-assisted substrate has been developed.

многослойное наноструктурное покрытиеионно-лучевое покрытиемеханизм Странского – Крастановакогерентный островокметод сканирующей просвечивающей электронной микроскопииmultilayer nanostructured coatingion beam coatingmechanism of Stransky – Krastanowa coherent islandscanning transmission electron microscopy methodReferencesЛобанов, Д. Н. Рост Ge(Si) самоформирующихся наноостровков на подложках Si(001) методом молекулярно пучковой эпитаксии : электр. метод. пособие [Электронный ресурс] / Д. Н. Лобанов, А. В. Новиков, М. В. Шалеев. – Режим доступа: http://www.pnn.unn.ru/User Files/manuals/GeSi.pdf – Н. Новгород: ННГУ, 2010.Lobanov D. N., Novikov A .V., Shaleev M. V. The growth of Ge(Si) self-assembled nanoislands on Si(001) substrates by molecular beam epitaxy. Nizhny Novgorod, Nizhny Novgorod State University named after N. I. Lobachevsky, 2010. – Avai- lable at: http://www.pnn.unn.ru/UserFiles/manuals/GeSi.pdf (in Russian).Борисенко, В. Е. Наноэлектроника : в 3 ч. / В. Е. Борисенко, А. И. Воробьева. – Минск: БГУИР, 2003. – Ч. 2: Нанотехнология. – 76 с.: ил.Borisenko V. E., Vorob’eva A. I. Nanoelectronics. Part 2: Nanotechnology. Minsk, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics, 2003. 76 p. (in Russian).In situ growth of nano-structures by metal-organic vapour phase epitaxy / W. Seifer [et al.] // J. Crystal Growth. – 1997. – Vol. 170, N 1–4. – P. 39–46.Seifer W., Carlsson N., Johansson J., Pistol M.-E., Samuelson L. In situ growth of nano-structures by metal-organic vapour phase epitaxy. Journal of Crystal Growth, 1997, vol. 170, no. 1–4, pp. 39–46. Doi: 10.1016/s0022-0248(96)00518-0Пичугин, В. Ф. Материаловедение поверхности и тонких пленок / В. Ф. Пичугин. - Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 173 с.Pichugin V. F. Material science of surfaces and thin films. Tomsk, Publishing house of the Tomsk Polytechnic University, 2008. 173 p. (in Russian).Baskaran, A. Mechanisms of Stranski–Krastanov growth / А. Baskaran, P. Smereka // J. Appl. Phys. – 2012. – Vol. 111, N 4. – P. 044321-1 – 044321-6.Baskaran A., Smereka P. Mechanisms of Stranski–Krastanov growth. Journal of Applied Physics. 2012, vol. 111, no. 4, pp. 044321-1 – 044321-6. Doi: 10.1063/1.3679068On the properties of PVD coating based on nanodiamond and molybdenum disulfide nanolayers and its efficiency when drilling of aluminum alloy / A. Ilyuschenko [et al.] // Surface & Coatings Technology. – 2015. – Vol. 270. – P. 190–196.Ilyuschenko A., Feldshtein E., Lisovskaya Y., Markova L., Andreyev M., Lewandowski A. On the properties of PVD coating based on nanodiamond and molybdenum disulfide nanolayers and its efficiency when drilling of aluminum alloy. Surface & Coatings Technology, 2015, vol. 270, pp. 190–196. Doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.03.004Многослойные наноструктурные покрытии, сформированные методом ионно-лучевого распыления в вакууме / А. Ф. Ильющенко [и др.] // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2013. – № 2. – С. 10–21.Ilyuschenko A. F., Andreyev M. А., Markova L. V., Lisovskaya Y. О. Multilayered nanostructured coverings generated by a method of ion beam sputtering in vacuum. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk [Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series], 2013, no 2, pp. 10–21 (in Russian).

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