|
Тонкие наноструктурированные пленкиТонкие наноструктурированные пленки представляют собой организованные наносистемы, в которых наноразмер проявляется только в одном измерении, а два других могут обладать макроразмерами. 1. Хорошо известно получение нанопленок методами эпитаксии. В этом случае на ориентированную поверхность монокристалла наносят лазерным испарением или с помощью молекулярных пучков требуемое вещество. 2. Метод CVD (химическое парофазное осаждение веществ) состоит в том, что исходное вещество испаряется в отдельной камере, а затем переносится через газовую фазу и осаждается в нужной пропорции на выбранную подложку. На рис. 1.17 приведена схема установки по получению тонких пленок на выбранную поверхность, которая включает реактор с вращающейся подложкой, емкости для испарения прекурсоров, системы подачи паров прекурсоров, газов носителей, газов реагентов и примесных газов и систему откачки. В качестве летучих веществ получения пленок металла используются летучие карбонилы металлов, металлоцены, дикетонаты металлов, алкильные соединения металлов и галогениды металлов. Процессы разложенмя исходного материала определяются прежде всего температурой подложки, которая обычно подогревается, а также температурой паров и газовой смеси.
В области низких температур подложки, например, 130÷190° С для Fe(CO)5 и 100÷1500 С для Ni(CO)4 рост пленки определяется в основном скоростью разложения карбонилов (кинетическая область), при температурах ~200° С рост пленки переходит в диффузионную область и замедляется, при более высоких температурах рост пленки прекращается полностью, поскольку прекурсор разлагается в объеме не доходя до подложки. Нагрев подложки, находящейся внутри реактора, может осуществляться за счет пропускания электрического тока или индукционным током высокой частоты, ИК излучением и т.д. Температура нагрева летучего прекурсора в испарителе также сильно влияет на образование пленки, так как обуславливает скорость подачи паров в реактор. Вторым фактором, определяющим образование пленки, является давление в реакторе и скорость откачки. При увеличении давления разложение карбонилов на поверхности подложки замедляется и рост пленки прекращается, при уменьшении давления и скорости подачи прекурсора рост пленки будет также замедляться. Необходим оптимум, который обеспечивает приток прекурсора и удаление продуктов разложения, например СО. Третий фактор, обеспечивающий образование пленки, это концентрация исходного металлсодержащего соединения. Увеличение концентрации прекурсора ведет к его разложению уже в объеме реактора и образованию отдельных кластеров металла, как в аэрозольном методе. Разбавление паров прекурсора приводит к снижению скорости образования пленки и ее модифицированию. Наконец, действие каталитических добавок снижает температуру разложения карбонилов и увеличивает скорость их образования. 3. Метод молекулярного наслаивания состоит в организации поверхностных химических реакций с пространственным и временным разделением. С помощью замещения, например, гидроксильных групп на поверхности окиси алюминия или окиси кремния и на различные анионы, затем на катионы можно создавать нанопленки любой толщины от монослоя атомов до десятка слоев на поверхности. 4. Нанопленки получаются путем осаждения и выпаривания коллоидных растворов. Здесь необходимо иметь в виду, что создание высокоорганизованной пленки вступает в противоречие с ее прочностью. Пленки, полученные по принципу свободного падения кластеров типа падения апельсинов на подложку получаются организованными, но непрочными, а попытки связать кластеры лигандами и сделать пленку достаточно прочной приводят к потери ее организации. 5. Эффективным методом получения нанопленок служит технология Ленгмюра—Блоджетт. Необходимо отметить, что метод был предложен более чем пятьдесят лет назад лауреатом Нобелевской премии (1932) Ленгмюром еще в 1920 г. и развит его коллегой Блоджетт в 1935 г. На поверхности воды формируется монослой ПАВ, в который могут входить ионы металлов и их комплексы. В пленку можно включить также и нанокластеры. Затем с помощью ванн Ленгмюра—Блоджетт пленки с поверхности жидкой фазы переносят на твердую поверхность. В результате получаются организованные нанопленки с регулируемым числом молекулярных слоев. Процесс получения пленок показан на рис. 1.18. На поверхность воды впрыскивается раствор амфифильного соединения (ПАВ). Количество вещества подбирается так, чтобы площадь его монослоя не превысила площадь рабочей поверхности ванны Ленгмюра. Затем с помощью плавучего барьера задается поверхностное давление, для того чтобы перевести монослой в жидкокристаллическое состояние, которое необходимо для его переноса на твердую подложку. Это давление регистрируется специальными весами. Далее с помощью микрометрической подачи подложка опускается или поднимается сквозь монослой.
Перед нанесением каждого следующего монослоя барьер автоматически сдвигается влево так, чтобы сохранить давление на пленку. Процесс осаждения монослоев на подложку зависит от температуры и рН раствора, поверхностного давления и скорости подачи подложки. В зависимости от направления движения подложки сквозь монослой получается пленка Л—Б с различной молекулярной ориентацией. При движении подложки вниз, рис. 1.19, на твердой гидрофобной поверхности формируется монослой с ориентированными к подложке гидрофобными хвостами ПАВ, который образует структуру Х-типа, при движении гидрофильной подложки вверх формируется мультислой, называемый структурой Z-типа. Поочередное прохождение подложки сквозь монослой сверху вниз и снизу вверх дает мультислой Y-типа, аналогичный по структуре липидным слоям биологических мембран. Возможно получение как мономерных, так и полимерных пленок Л—Б. В случае полимерных пленок возможно применение трех вариантов: формирование монослоев полимеров на поверхности жидкости и их перенесение на твердую подложку, формирование монослоев из мономеров с последующей полимеризацией, а затем перенесение на твердую подложку и формирование монослоев из мономеров, перенесение их на твердую подложку, а затем полимеризация в пленке Л—Б.
Углеродные нанотрубки Углеродные нанотрубки (УНТ) были обнаружены в 1991 г. Иджимой и представляют собой цилиндрические организованные структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрон. Таким образом, нанотрубки представляют собой квазиодномерные структуры. Нанотрубки встречаются в природном материале — шунгите — однако в настоящее время они получаются искусственно несколькими способами. 1. Наиболее широкое распространение получил метод синтеза, основанный на использовании дугового разряда с графитовыми электродами, разработанный Кретчмером для получения фуллеренов из сажи. На рис. 1.20 показана схема установки. Дуговой разряд между графитовыми электродами горит в камере с охлаждаемыми стенками при давлении буферного газа (Не или Аr) около 500 Торр.
Межэлектродное пространство поддерживается на постоянном уровне (около 1 мм) за счет подвижного расходуемого анода. При токе 100 А и напряжении на электродах 25 -г 35 В температура плазмы в межэлектродной области достигает значений 4 000 К. За счет конвекции атомы углерода уносятся в более холодную область плазмы, где часть из них образуют нанотрубки. Более производительная установка работает с применением жидкого азота. 2. Абляция графита с помощью лазерного облучения в атмосфере буферного газа. Именно этот метод был пионерским в получении фуллеренов. Применяется неодимовый лазер с длительностью импульса 8 не и активным пятном на графитовом стержне — 1,6 мм. Продукты термического распыления графита уносятся из горячей области вместе с буферным газом и осаждаются на водоохлаждаемой поверхности медного коллектора. Эти продукты включают фуллерены, наночастицы графита и углеродные нанотрубки (однослойные и многослойные). Характеристики УНТ чувствительны к параметрам лазерного облучения, в частности, к длительности и интенсивности лазерного импульса, что позволяет синтезировать нанотрубки с заданными структурными свойствами. Недостатком метода cледует считать его невысокую производительность. Возможно также применение вместо лазера сфокусированного солнечного излучения. 3. Каталитическое разложение углеводородов. Каталитическое разложение углеводородов на поверхности металлического катализатора приводит к эффективному выходу УНТ. Подобный метод использовался ранее в CVD процессах для получения тонких углеводородных волокон. Схема синтеза приведена на рис. 1.21. Катализатор, состоящий из высокодисперсного металла, заполняет керамический тигель, заключенный в трубчатую печь при температуре 700 ÷ 1 000° С, и продувается смесью — газообразного углерода и буферного газа, например смесью С2Н2 : N2 в соотношении 1:10. Высокая степень однородности УНТ достигается при использовании пористой подложки с максимально высокой степенью однородности пор. Оптимальной оказывается ситуация, когда поры заполнены кластерами металла, размер которых совпадает с размерами пор. В этом случае диаметр УНТ, образующихся на поверхности катализатора, оказывается близким к размерам кластера и, соответственно, диаметру пор. Таким способом получают ориентированные УНТ относительно поверхности подложки, в частности на поверхности пористого кремния, наиболее употребляемого материала в микроэлектронике. Каталитический способ получения УНТ хорош также возможностью управления геометрическими характеристиками УНТ с помощью подбора металлов для катализаторов или их сплавов.
Глава 2 Общие положения ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|