Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов нок. В последние годы при осаждении из газовой фазы часто исполь- зуются металлоорганические прекурсоры типа тетрадиметил(этил)- амидов М[N(СН 3 ) 2 ] 4 и M[N(C 2 H 5 ) 2 ] 4 , имеющие высокое парциальное- давление пара. В этом случае разложение прекурсора и активация га- за-реагента (N 2 , NН 3 ) производится с помощью электронного цикло- тронного резонанса. С помощью CVD-процесса получают материалы с различными структурами: монокристаллы, поликристаллы, аморф- ные тела и эпитаксиальные. Примеры материалов: кремний, углерод- ное волокно, углеродное нановолокно, углеродные нанотрубки, SiO 2 , вольфрам, карбид кремния, нитрид кремния, нитрид титана, различ- ные диэлектрики, а также синтетические алмазы. Напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы PVD обозначает группу методов напыления покрытий (тонких пленок) в вакууме, при которых покрытие получается путем прямой конден- сации пара наносимого материала. Различают следующие стадии PVD-процесса: — создание газа (пара) из частиц, составляющих напыление; — транспорт пара к подложке; — конденсация пара на подложке и формирование покрытия. PVD-процесс применяют для создания на поверхности деталей, ин- струментов и оборудования функциональных покрытий износостой- ких, коррозионно-стойких, антифрикционных и т. д. Процесс исполь- зуется при производстве часов с золотым покрытием. Материалами для напыления служат диски из титана, алюминия, вольфрама, хро- ма и их сплавов; ацетилен (для покрытий, содержащих углерод); азот. С помощью PVD-процесса получают покрытия толщиной до 5 мкм, обычно после нанесения покрытия поверхность не требует дополни- тельной обработки. Осаждением на холодную или подогретую поверхность подложки получают пленки и покрытия, т. е. непрерывные слои нанокристалли- ческого материала. В этом способе, в отличие от газофазного синте- за, образование наночастиц происходит непосредственно на поверх- ности подложки, а не в объеме инертного газа вблизи охлажденной стенки. Благодаря получению компактного слоя нанокристалличе- ского материала отпадает необходимость прессования. Осаждение на подложку может происходить из паров, плазмы или коллоидно- го раствора. При осаждении из паров металл испаряется в вакууме, 87 2.3. осаждение и напыление на подложку в кислород- или азотсодержащей атмосфере, и пары металла или об- разовавшегося соединения конденсируются на подложке. Размер кри- сталлитов в пленке можно регулировать изменением скорости испа- рения и температуры подложки. Чаще всего этим способом получают нанокристаллические пленки металлов. Пленка из оксида циркония, легированного оксидом иттрия, со средним размером кристаллитов от 10 до 30 нм была получена с помощью импульсного лазерного ис- парения металлов в пучке ионов кислорода и последующего осажде- ния оксидов на подложку с температурой в интервале от 350 до 700 K. При осаждении из плазмы для поддержания электрического разряда используется инертный газ. Непрерывность и толщину пленки, раз- меры кристаллитов в ней можно регулировать изменением давле- ния газа и параметров разряда. В качестве источника металлических ионов при осаждении из плазмы используют металлические катоды, обеспечивающие высокую степень ионизации (от 30 до 100 %); кине- тическая энергия ионов составляет от 10 до 200 эВ, а скорость осажде- ния — до 3 мкм/мин. При воздействии на хром плазмой, полученной дуговым разрядом в аргоне низкого давления, на медную подложку была нанесена хромовая пленка со средним размером кристаллитов около 20 нм; пленка толщиной менее 500 нм имела аморфную струк- туру, а при большей толщине находилась в кристаллическом состоя- нии. Высокая твердость (до 20 ГПа) пленки была обусловлена образо- ванием сверхпересыщенных твердых растворов примесей внедрения (С, N) в хроме. С помощью осаждения из плазмы можно получать не просто плен- ки нанометровой толщины, но пленки, имеющие наноструктуру. По- лученные таким образом тонкие гранулированные пленки Со-А1-О обладают очень большим магнетосопротивлением, несмотря на их большое электросопротивление. Это уникальное свойство было отне- сено к гранулированной металлоксидной микроструктуре, содержа- щей металлические наночастицы, внедренные в матрицу из неметал- лического изолирующего оксида. Гигантское магнетосопротивление возникает при наличии суперпарамагнетизма, поэтому размер маг- нитных частиц в пленке должен быть очень мал. Для выяснения это- го была изучена микроструктура пленок с помощью электронной микроскопии высокого разрешения и малоуглового рассеяния рент- геновских лучей. Тонкие гранулированные пленки сплавов системы |