Нанорельеф поверхности тонких пленок сплавов Al–Mn и Al–Ni при ионно-ассистированном осаждении на стекло

Abstract

Исследованы закономерности формирования структуры, а также смачиваемость тонких пленок алюминия и сплавов Al–2.1 ат. % Mn и Al–1.4 ат. % Ni, осажденных на стеклянные подложки при ассистировании собственными ионами. Применение сканирующей зондовой (СЗМ) и растровой электронной микроскопии позволило охарактеризовать топографические неоднородности нано- и микрометрового размера на поверхности пленок и изучить характер их смачиваемости, измеренной методом покоящейся капли. В рамках профильного и топографического подходов для аналитического анализа СЗМ-изображений использован набор дискретных параметров шероховатости, дополненных безразмерными параметрами-комплексами ( и ) и параметром-функцией плотности вероятности высот выступов/впадин нанорельефа поверхности. Предложенный исследовательский гибридный параметр характеризует форму неровностей профиля нанорельефа, нагляден и связывает амплитуду и шаг шероховатости. Показана информативность системы выбранных девяти параметров для оценки шероховатости и нерегулярности локальной структуры поверхности пленок в поперечном и продольном сечениях, позволяющей не только численно исследовать структурно-морфологические изменения при легировании алюминия, но и определить количественные соотношения, связывающие микрогеометрию поверхности пленок с условиями осаждения. Выявлено влияние исходного рельефа стекла-подложки на параметры неоднородностей поверхности пленок, которые имеют вид субмикронных конусов и локальных холмиков. Получено гауссово распределение нанорельефа пленок алюминия и его сплавов по площади поверхности, и поверхность покрытий можно рассматривать как реализацию случайного нормального процесса. Частотные распределения микрокапельной фракции по размерам носят логнормальный характер. Обнаружена корреляция параметров шероховатости пленок с размером и плотностью микрочастиц капельной фракции. Установлено, что осаждение Al-содержащих пленок понижает гидрофильность поверхности системы пленка/стекло–подложка. При легировании алюминия степень морфологической неоднородности поверхности пленок, а также их смачиваемость снижается. Обсуждается гомогенный режим смачивания пленок водой и его зависимость от материала, морфологии и однородности химического состава поверхности.