Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие
жүктеу/скачать 3.3 Mb. Pdf көрінісі
|
глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов В последнее время начались разработки нового класса нанострук- тур (нанооболочек, нанотрубок, наноколец и т. п.) из монокристалли- ческих гетероструктур на основе полупроводников типа A 3 B 5 , Si/GeSi и др. В основе метода формирования нанообъектов лежит процесс изгиба и сворачивания, освобожденных от связей с подложкой на- пряженных полупроводниковых наноразмерных гетеропленок, пред- ставляющих собой готовые элементы для создания приборов нано- электроники, наномеханики. По существу предложенная технология является молекулярной технологией, позволяющей манипулировать со слоями минимальной толщиной в два монослоя. При формирова- нии нанотрубок из гетеропленок Si/GeSi, GaAs/InAs толщиной слоев в два монослоя для освобождения от связи с подложкой пленок Si/GeSi и GaAs/InAs используется селективное травление для удаления сло- ев Si и AlAs, дополнительно выращенных между пленками и подлож- кой. Наблюдается сначала изгиб пленок Si/GeSi и GaAs/InAs (каж- дый слой содержит два молекулярных монослоя) после селективного удаления слоев Si и AlAs и далее самосворачивание пленки Si/GeSi в трубку-свиток. Предложенная технология дает принципиальную возможность получать самые разнообразные трехмерные нанообо- лочки и создавать на их основе сложные наноприборы различного функционального назначения. Многообещающими являются наноструктуры, в которых роль функциональных элементов выполняют отдельные молекулы. Это приводит к дальнейшей миниатюризации электронных устройств, повышению их быстродействия и информационной емкости. Вполне вероятно, что чипы интегральных схем по размерной шкале переме- стятся до отдельных молекул и на первое место через какое-то время, в частности, когда будут решены проблемы температурной стабиль- ности, выйдет молекулярная наноэлектроника. 2.5. Кристаллизация аморфных сплавов Нанокристаллическая структура создается в аморфном сплаве пу- тем его кристаллизации. Аморфные сплавы (их называют также ме- таллическим стеклами) получают разными методами, основой ко- торых является быстрый переход компонентов сплава из жидкого 113 2.5. Кристаллизация аморфных сплавов состояния в твердое. Из-за аморфной структуры магнитные сплавы обладают высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитив- ной силой. Из-за аморфной структуры конструкционные сплавы от- личает высокая механическая прочность, устойчивость к растрески- ванию и большая микротвердость. Аморфные металлические сплавы являются новым перспективным классом материалов. Аморфное состояние сплава характеризуется от- сутствием дальнего порядка в расположении атомов упаковки. Такое состояние достигается сверхбыстрым охлаждением материала из га- зообразного, жидкого или ионизированного состояния. Существуют следующие методы получения аморфных сплавов: — высокоскоростное ионно-плазменное и термическое напыле- ние материала на охлаждаемую жидким азотом подложку (позволя- ет получать слои толщиной до 5 мм); — химическое или электролитическое осаждение ионов метал- лов на подложку; — оплавление тонких поверхностных слоев деталей лазерным лучом; — лазерная обработка смеси порошков при быстром отводе теп- ла от расплава; — сверхбыстрая закалка из жидкого состояния. Последний метод наиболее отработан и исследован и является ос- новным методом получения аморфных сплавов. Производство лент, фольг и проволок (толщиной до 100 мкм и шириной до 200 мм) про- водится по схеме подачи струи жидкого металла на вращающийся во- доохлаждаемый (медный) барабан с гладкой поверхностью. Иногда используют также схему извлечения жидкого металла из ванны рас- плава быстровращающимся водоохлаждаемым диском, погруженным вертикально (торцом) в расплав. Еще один способ заключается в рас- плавлении сплава токами высокой частоты, вытягивании и быстром охлаждении аморфной нити толщиной до 200 мкм жидкой средой. При нанесении на нить перед охлаждением стеклообразного покры- тия способ используют для получения стеклометаллических аморф- ных композиционных материалов. Возможность получения аморфного состояния определяется хими- ческим составом и скоростью охлаждения. Последняя обычно состав- ляет от 10 5 до 10 10 °C/с. С точки зрения выбора химического состава сплава существует два подхода. При первом подходе для получения |