Майсел Л. - Справочник - Технология тонких плёнок (1051257), страница 131
Текст из файла (страница 131)
Схема чсрсдознннн зои осноннмз резиной н ироисссс оснждснн» модной извини н» железную иодложзу с нснользоннннсм реакции знмсжсннн. Б. Нанесение пленок из безводных сред Как уже упоминалась, некоторые металлы осаждать невозможно аз-за большой вероятностн побочных реакций. Иногда это явленне можно предотвратить, применяя безводные среды. Например, алюмняий, хром, тнтвн н металлы платиновой группы могут осаждаться в гальваннческнх ваннах, заполненных расплавнмн солей. Иллюстрацией может служить возможность нэготовлення пленок алюминия нз расплава А1С!з+!с!аС!+Е!С1 прн температуре 150 — 175'С В этом случае весьма важно использовать сухое н чистое исходное вещество н перемешнвать расплав в ходе осаждения. Прн неоптимальных условиях может образоваться пористая пленка. В отдельных случаях возможно применение оргаинческнх растворителей, в которых растворены либо соля металлов, либо металлоорганнческне соедннення.
Подходящнм примером вновь может служить осаждеяке алюмвння! бу Реакции замещения. Как уже отмечалось ранее, потенциалы равновесна существуют как для металлов, так н для электролита. Можно считать, что скорость осаждения копов одинакова со скоростью ионов, покидающих поверхность катода. Таким образом, если потенциал равновесна отрицателен, то при нулевом напряжении на катоде металл будет переходить в раствор электролита. Еслн металл с более отрнцательной велнчнной потенциала равновесия погружен в раствор электролита, яз которого долж- но происходить осажденне металПодлотна дсиядасный слой ла с менее отрицательным потенцналом равновесия, ионы пз электролита будут осаждаться на основной металл, а ионы металла будут переходить в раствор ВелнЫласть, уст +ус чаны потенциалов равновесия аналогичная аноду йсЗОз-рогтдср сгруппнрованы в соответствующей л-ойнсниснтраиии графе табл.
3. Подобные реакции гать+ус называются обычно реакциями замешення. Хотя находящийся в постоянном контакте с электролитом Гуйчисть, основной металл в общем электрлилмлогийная чески нейтрален обнаружено что аноду отдельные участки металла могут играть роль анода н катода. На рнс. 1О графически показаны тнпнчные направления возможных реакций прн осаждении нелной пленки на железо.
Катодно.анодная прнрода реакций приводит к тому, что осажденне пленки носят неравномерный характер, прнчелз на тех участках металла, которые аналогичны катоду, осаждаются более толстые слои. Более того, реакция прекратнтсв, как толысо непорнстая, сплошная пленка покроет всю поверхность подложки. Ближайшей анзлогней подобного процесса может служить обычная коррозия. С помощью опнсанного метода часто получают окпсные пленкн; для осаждения.сплошных металлических слоев оя не прнмеийется (см. работу Эванса 120] н равд. 9 настоящей главы). 3.
Ионное осажденне при этом используется раствор греххлористого алюминия в брамиде зтклпирндина в толуоле. Другие примеры использования подобного метода подробно описаны в соответствующей литературе (5), т 3. ИОННОЕ ОСАЖДЕНИЕ рис. 3!. Охеыв аппаратуры ллч реааязаяни ыттряа нчаирю асамаеьиа ваеирк. 4. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ (ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ) (б 9). Для осаждения металличесннх пленок создавать разность потенциалов между электродами ие всегда обязательно. Для этой цели можно испольэовать химическое восстановление нз раствора соответствующего Способ изготовления пленок с помощью конного осаждения трудно однозначно отнести к химическим или физическим методаи. Этот иетод, подробно исследованный Матгоксоч, можно определить как испарение в присутствии электрического разрида (8). С другой стороны, этот метод во многом напоминает электрохимическое осажденне, поскольку и ~ Выеонпе напяянтенае РУ/ в данном случае металл переходит на катод в виде положительных ионов На рис.
!! схематически Нептаяяияееная изображено устройство для ион- пптгппана ного осаждения пленок, Осаждас. мый материал испаряется из соответствующего нспарителя, аналогично обычному вакуумному ис- тугпаяа~ем парению. В камере устройства поддерживается тлеющий разряд между испаритслем (анодом) и подложкой (катодом) при даалспцр е!азнее налряненае т+бг! 10 ' — !О-' мм рт. ст., тзк что испарясчые атомы нонизпруются в плазме, Потенциал разряда поддерживается на ганом уровне, который необходим для того, чтобы ионизированпые атомы ускорялись в направлении к катоду.
Адгезия осажденного слоя прн таком методе оказывается очень высокой, так как энергия ионов, летящих к катоду, достаточно велика. Обычно в рабочей камере поддерживается атмосфера инертного газа. Одним яз преимуществ способз является чистота подложки благодаря присутствию разряда; с другой стороны, по этой же причине, будет происходить отрыв осажденных частиц ат катода (по аналогии с ионным распылением). Поэтому необходимо поддерживать такой режим, при котороы скорость осаждения превышала бы скорость распыления. В отдельных случаях (например, при осаждении алюминия, который обладает малой склонностью к катодному распылению) эта проблема не слншном важна (скорость осаждения - а)поминки.
можно поддерживать между !О и !00 А!с), однако для таких матеряалов, как золото, которое легко распыляется, данная проблема оказывается достаточно сложной. Режимы, прн которых скорость осаждения золота можно поддерживать на уроанс около 20 А)с, обеспечиваются прн ускоряющем напряжении до б кВ и плотности натодного тока — 0,8 мА)смз. Таким методом можно осаждать пленки серебра, золота, алюминии, меди, хрома и никеля. Гл.
б. Осаждеиие тонких пленок химическими методамн состава. Такой метод известен как осажденне восстановительных покрытий или химическое осажденне. Существует четыре различных типа по. добпых реакций. А. Некаталитические реакции Такие реакцию алеют место в том случае, когда некоторая поверхность погружена в восстановительный раствор.
Этим способои обычно изготавливают серебряные зеркала с помощью слабых восстановителей, например формальдегида в смеси с пнтратом серебра. Способ обеспечивает получе. ние металлических слоев большой толщины. Б. Каталитические реакции При осаждении металлов на некоторые поверхности иногда встречаются значительные трудности; в таких случаях часто прибегают к использованию регулируемых реакций. Прн этом для каждого осаждаемого металла существует строго ограниченное число других определенных метал. лов, иа поверхность которых можно с успехом вести осаждение.
Напрчмер,. осажденне никеля данным способом может происходить путем восстановления хлористого никеля гипофосфитом натрия, причем металл может осаждаться только на подложках из алюминия, железа, кобальта и никеле, которые в данном случае играют роль катализаторов. 1Надо заме. тить, что использование в качестве восстановителя гнпофосфнта натрия приводит к тому, что в пленке будет содержаться 5 †"тз фосфора.) Использований таких реакций имеет большое значение. Хнмнковосстановнтельиому Осаждению одного только никеля посвншена отдельная монография [91.
С помощью описанного метода можно осаждать н другие металлы, в частности, металлы платиновой группы. Б. Каталитические реакции в присутствии активаторов Число металлов, на поверхности которых можно наносить пленки с помощью каталитических реакций, является ограниченным. Установлено, однако, что существуют способы активации поверхностей металлов, ие являющихся катализаторами, благодаря чему появляется возможность осаждения иа эти металлы. Активаторы применяют с целью понижения энергии активации, что стимулирует протекание реакций восстановления в отдельных точках на поверхности, причем зти точки становятся центрами роста осаждаемой пленки. Зародышевые островки металла, таким образом, будут расти, сближаться и в конечном итоге образуется сплошная пленка.
Лучшве активаторы, применяемые для различных металлов, перечислены в рекомендованной литературе ~5, 91, Например, хлористый палладий часто используется при осаждении иа медь и никель. Необходимое количество активатора обычно очень невелико; так, в случае применения хлористого палладин необходим 0,0! Коный раствор активатора, наносимый на поверхность подложки, предварительно промытой в воде.
Г. Каталитическне реакции в присутствии активаторов и сенсибилипаторов У При изготовлении покрытий на неметаллических подложках перед активированием необходимо выполнить «очувствление» поверхности, Так, для осаждения пленки никеля достаточно окунуть подложку а 0,1е -ный раствор хлористого олова после промывки подложки в воде. После этого активация поверхности начинает развиваться обычныи образом, Преимущество метода заключается в том, что с его помощью можно наносить покрытия на стеклянные или другие непроводящие поверхности.
Кроче этого, метод дает возможность осуществить покрытие труднодоступных участков поверхности; в частности, он имеет широкое распространение при мегаллизации внутренних полостей труб. Д. Заключение Для получения покрытий методом химического восстановления требуется довольно несложная аппаратура, обеспечивающая нормальное протекание реакции и, если необходимо, применение катализаторов. Скорость осаждения зависит от рН раствора и его температуры. Типичные характе- ап бп лсг ггст Тенллллтура рлхтэллля ркс. 13, Завксиместь «херес«к еккмлкккк от келкчким ри ирк хкмкч«скем кесстккевлеккк ельм«к микель — кобальт кл стекле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
