Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов в области анода M + nH 2 O → MO n + 2nH + + 2ne в области катода 2ne + 2nH 2 O → nH 2 ↑ + 2nOH – Таким образом, окисел растет на металлической поверхности ано- да, а водород выделяется у катода. Из уравнения видно, что в ходе про- цесса присутствует вода. Анодирование обычно проводится в водном растворе электролита, однако возможно использование и других сред, таких как чистые спирты или расплавы солей (например, NaNO 3 ). Окисные пленки можно изготовить двумя основными способами. В первом из них (для большинства металлов) при анодировании используется постоянный ток, пропускаемый через рабочий объем, причем толщина пленки пропорциональна времени, в течение ко- торого пропускается ток. Толщину осаждаемой пленки можно уве- личивать до определенного предела. Вблизи этого предела в пленке начинают появляться трещины от изгибающих напряжений или на- чинается процесс рекристаллизации. Максимально достижимая тол- щина зависит от чистоты подложки, состава электролита и некото- рых других параметров. Появление эффекта рекристаллизации также является результатом действия приложенного напряжения. Все окис- лы, полученные анодированием, до некоторой степени обнаружива- ют подобный эффект (Al 2 O 3 , образующийся при напряжении 500 В, будет содержать в структуре до 10 % кристаллических включений). Наибольшее значение этот факт приобретает при выращивании ок- сидных пленок тантала и ниобия. Второй способ выращивания пленок основан на применении по- стоянного напряжения. Такой метод часто используется при выращи- вании пленок на подложках из алюминия, поскольку при этом через дефекты в пленке можно контролировать электрический пробой, ко- торый может иметь место в присутствии сильных электрических полей (например, при анодировании с использованием постоянного тока). Главные отличительные черты, свойственные всем анодным окис- ным пленкам, заключаются в том, что они растут аморфными слоями, не образуя кристаллической решетки. Обычно оксидные поверхности получаются гладкими и бездефектными, однако если поверхность ме- 85 2.3. осаждение и напыление на подложку талла недостаточно чистая и ровная, на пограничном слое металл — окисел могут появляться дефекты кратерообразной формы, а на гра- нице пленки и электролита — куполообразные. Пленки можно наносить также методом движ ущегося рас- творителя . В методе движущегося растворителя система находится в равновесии, т. е. температура сохраняется практически постоянной, а перенос вещества осуществляется за счет теплового потока. Систе- ма имеет вид сэндвича, в котором между источником и подложкой находится тонкий слой растворителя. Источник подвергается воздей- ствию более высокой температуры, чем подложка. По мере повышения температуры системы источник и подложка начинают растворяться на границе с растворителем. Поскольку температура источника боль- ше температуры подложки, растворимость источника в растворителе больше, чем растворимость подложки. Избыток вещества источника диффундирует от области источника к области подложки. Эффективным для получения прецизионных пленочных структур являются химическое CVD (англ. chemical vapour deposition) и физиче- ское PVD (англ. physical vapour deposition) осаждение из газовой фазы. Эти методы давно используются для получения пленок и покрытий различного назначения. Обычно кристаллиты в таких пленках име- ют достаточно большие размеры, но в многослойных или многофаз- ных CVD-пленках удается получить и наноструктуры. Химическое осаждение из газовой фазы, иначе химическое осаждение из пара CVD, — метод получения тонких пленок и порош- ков при помощи высокотемпературных реакций разложения и (или) взаимодействия газообразных прекурсоров на подложке (получение пленок) или в объеме реактора (получение порошков). В типичном CVD-процессе подложка помещается в пары одного или нескольких веществ, которые, вступая в реакцию и (или) разлагаясь, произво- дят на поверхности подложки необходимое вещество. Осаждение из газовой фазы обычно связано с высокотемпературными газовы- ми реакциями хлоридов металлов в атмосфере водорода и азота или водорода и углеводородов. Температурный интервал осаждения CVD- пленок простирается от 1200 до 1400 K, скорость осаждения — от 0.03 до 0.2 мкм/мин. Использование лазерного излучения позволяет сни- зить температуру, развивающуюся при осаждении из газовой фазы, до 600 K, что способствует образованию нанокристаллических пле- |