عمليات نمو الطبقة الأوكسيدية

- عمليات نمو الطبقة الأوكسيدية Oxide Film Growth Processes
يتأكسد المعدن M الى M2+ من خلال المعادلة الاتية:
M M2+ + 2e- …………………………. ( 1) ( تفاعل أنودي)
حيث يتحرر زوج من الإلكترونات تنتقل عبر الطبقة الأوكسيدية لتعمل على اختزال جزيئة أوكسجين الى أيون سالب عند السطح الفاصل اوكسيد-غاز.
1/2O2 + 2e- O2- ………………………………(2) ( تفاعل كاثودي)
تعمل الطبقة الأوكسيدية هنا كالكتروليت في الحالة الصلبة. يكون انتقال الالكترونات في حالة أوكسيد نوع- n من خلال انتقال الالكترونات الحرة في الطبقة الأوكسيدية, اما في حالة أوكسيد نوع –P يكون انتقال الالكترونات من خلال هجرة الفجوات الالكترونية ( M3+) عن طريق انتقال الالكترونات بين الايونات المعدنية الموجبة M2+ المتجاورة بدون حركة الايونات, وتكون انتقال الالكترونات بهذه الآلية لأن هناك اختلاف قليل في مستويات الطاقة بين حالات الأكسدة المختلفة (M2+ , M3+ ).
تكون سرعة انتقال الالكترونات وهجرة الفجوات الالكترونية في الطبقة الأوكسيدية أسرع من انتقال الايونات.

1- الية نمو الطبقة الأوكسيدية في أوكسيد نوع- N ( Cation interstitial oxide) ( أوكسيد الايونات الموجبة البينية)
تتحرر الأيونات الموجبة M2+ عند السطح الفاصل بين المعدن والاوكسيد من خلال التفاعل الأنودي ومن ثم تقفز هذه الأيونات لتنظم الى المواقع البينية وتهاجر الى السطح الفاصل بين الأوكسيد والغاز حيث سيكون هناك تفاعل اختزال جزيئات الأوكسجين الى ايونات الأوكسجين التي تتفاعل مع M2+ لتكون الأوكسيد السطحي وحسب التفاعل التالي:

O2- + M2+ MOX + OOX ………………………….( 3)

حيث ان MOX , OOX يمثلون المعدن والأوكسيد المندمج في شبكة الأوكسيد.
التفاعل الأنودي يحرر الإلكترونات حيث ستدخل الطبقة الأوكسيدية وتهاجر كإلكترون حر الى السطح البيني الفاصل بين الغاز والأكسيد, حيث ستشارك في تفاعل اختزال الأوكسجين على السطح الفاصل بين الأوكسيد والغاز وكما في الشكل(1-a).

2- الية نمو الطبقة الأوكسيدية في أوكسيد نوع- N ( Anion vacancy oxide) ( أوكسيد فجوات الايونات السالبة)
هنا تكون هجرة الايون السالب O2- من خلال شبكة الأوكسيد عن طريق التبادل مع فجوات الأيونات السالبة من السطح الفاصل بين أوكسيد – غاز الى السطح الفاصل أوكسيد – معدن حيث سيكون التفاعل الآتي:

O2- + M2+ MOX + OOX

يكون التزود بالأيونات الموجبة M2+ عن طريق التفاعل الأنودي الحاصل على السطح الفاصل أوكسيد – معدن, الذي يحرر أيضا الكترونين يهاجران الى السطح البيني أوكسيد – غاز حيث يشاركان في تفاعل الاختزال ليكون (O2-) الذي يندمج مع شبكة الأوكسيد ک (OOX) من خلال اتحاده مع فجوة الأيون السالب وكما في المعادلة (4) :

?+2o + O-2 OOX ……………………………..(4)

ومن خلال تبادل المواقع بين فجوات الأيونات السالبة مع ايونات الأوكسيد السالبة, هذه العملية ستعمل على انتقال O-2 الى السطح الفاصل أوكسيد – معدن حيث سيحدث تفاعل الأكسدة الرئيسي وكما في الشكل(1-b).

3- الية نمو الطبقة الأوكسيدية في أوكسيد نوع- P
يكون تزويد أيونات المعدن M2+ عند السطح الفاصل أوكسيد – معدن بواسطة التفاعل الأنودي, تنتقل الأيونات الموجبة M2+ الى السطح الفاصل أوكسيد – غاز بواسطة التبادل مع فجوات الأيونات الموجبة (عيوب الطبقة الأوكسيدية السائدة) 2-M? :