6films (1097112)
Текст из файла
Пленки и покрытия- Процессы получения пленок- Гетероструктуры с участиемпьезоэлектриков, сверхпроводящихкупратов и манганитов с гиганскиммагнитным сопротивлением- Многослойные покрытия со специальнымифункциями.(часть материала предоставлена группой Проф. А.Р.Кауля)Лекция 6. ПленкиМотивация••••миниатюризация, микроэлектроникагетероструктуры, туннелирование, новые свойстваупорядоченные нано/микроструктурыэпитаксиальная стабилизация, изменение свойств фазза счет эффектов взаимодействия с подложкой• искусственные дефектыПленка как композитВзаимодействия:-химическое и диффузионное (обмен веществом)-механическое (адгезия, изменениеповерхностной энергии, межфазная граница)-физическое («эффекты близости»,фазовые переходы, КТР, анизотропноеизменение объема элементарной ячейки)Лекция 6. ПленкипленкаподложкаБикристалл ВТСП«Двойная» философия:• Двуосное текстурирование («сильныесвязи» для повышения Jc(B))Jca’aα• Туннелирование (зависимость Jc(B) дляЛекция 6.
Пленкислабых связей) – SQUIDCМетоды получения пленокКлассические методы:-трафаретная печать-пиролиз аэрозолей-жидкофазная эпитаксия-термическое испарение-химическое осаждениеиз газовой фазыНовые методы:-графотекстурирование-самособирающиеся слои-жидкостная самосборкаЛекция 6. ПленкиМетоды текстурированияЛекция 6. ПленкиТемпературные диапазоныЛекция 6. ПленкиЭпитаксия•Гомо-, гетероэпитаксия•Факторы эпитаксиального роста:- близость параметров решетки,- близость КТР,- химическая совместимость,- термическая совместимость,- отсутствие фазовых переходов...•Параметры подложки:- {факторы эпитаксиального роста} +- прочность, возможность обработки,- приемлемая стоимость(Идеальных подложек не существует...)Насыщение «ненасыщенных» связеймолекулярной/валентной/ионной природына поверхности – «молекулярный»,короткодействующий характер эпитаксииматериалы подложекЛекция 6.
ПленкиФизические методы осаждения•лазерное напыление•молекулярные пучки•магнетронное напыление..Требования:-высокий вакуум-высокий расход энергии-сложность и дороговизнаоборудования-высокие пересыщения и (в рядеслучаев) плохая ростовая морфология-ограниченные возможностьмасштабирования технологии инепрерывного осуществленияпроцессапослойная сборка (гетеро)структур,структурный дизайнЛекция 6. ПленкиХимическое осаждение (CVD)Синтез летучих прекурсоров - Испарение (контроль состава пара)– Транспорт (выбор газа-носителя и контроль его распределенияв реакторе) – Осаждение (контроль T, pO2, pCO2, скорости осаждения)Лекция 6. ПленкиМеханизм осаждения1.
Активные радикалы,«строительные блоки»2. Транспорт, мезослой3. З/о4. Миграция поповерхностит, рост5. Обмен энергиейНачальные стадии,Si-подложкаКолончатаяструктураЛекция 6. Пленки<100> – алмазнаяпленкаПреимущества и недостаткиCVDПреимущества:-универсальность (почти любой состав пленок),-гибкость процесса,-возможность нанесения одно- и двухстороннихпленок на детали сложной формы и большойплощади,-возможность достижения высоких скоростейосаждения (до нескольких миллиметров в час) присохранении высокого качества пленки,-переход от высоковакуумной аппаратуры кпроточным установкам, простота и дешевизнаоборудования.Недостатки:-«симбиотическая» проблема выбора подложек,-управление катионной и анионной стехиометриейпленки (Т, pO2, pCO2, ..., несколько источников,аэрозольная доставка, ленточный испаритель...),-целенаправленный поиск веществ с высокой ивоспроизводимой летучестью,-создание оптимальной морфологии пленки.Лекция 6. ПленкиОсаждение пленок на ленты•••Rolling Assisted BiaxiallyTextured Substrates (RABiTS)Ion-Beam-Assisted-DepositionInclined-Substrate-DepositionЛекция 6.
ПленкиЖидкофазная эпитаксияОстровковый рост +«псевдоэпитаксия» Y123 / MgOСхема процессаПолигональная (макро)спиральроста (...Франк-Кабрера)Лекция 6. ПленкиПиролиз аэрозолей «оксидныйУЗингаллятор раствор туман»газLa0.8Ca0.3MnO3 КМС-пленка( J. L.MacManus-Driscoll и др.)Лекция 6. ПленкипечьРИФРазложение капель <1-5мкм,500-9000С на подложкеВращающаяся подложка•••••Растворы: золь – гель (BaF2)Распыление/выливание навращающуюся подложку (30004000 об./мин.)Сушка при 200-2500С (толщина~0.5 мкм)Отжиг при 800-9500СОкисление (О2, 4000С)YBa2Cu3Oz на YSZ (001)Лекция 6.
ПленкиТрафаретная печатьориентированныйкристалл ВТСПAg-подложкаY123Суспензиядисперсногопорошка сосвязкойНамазываниена подложкучерез трафаретСушка, отжиг«Кресты» из Y2BaCuO5, пропитанные расплавоми закристаллизованныеЛекция 6. ПленкиНапыление и пропитка... аэрозольное напылениеY2BaCuO5G.J.Schmitz, E.S.Reddy, E.A.Goodilin,Physica C, 2002, v.378–381, pp.607. Лекция 6.
ПленкиСтруктура Y2O3-тканиСферолитная кристаллизацияYBa2Cu3Oz на YSZ подложке (расплавная обработка, быстое охлаждение)Идея – быстрый рост «переплетающихся» кристаллитовЛекция 6. ПленкиГрафоэпитаксия(идея)9Ориентированный рост на кристаллографическисоответствующем растущим кристаллам по симметрирасположения и профилю рельефе9Рост с использованием геометрической селекциикристаллов (связанные перешейками островки)9 Перекристаллизация с использованием“термического рельефа“ (особая форма лазерноголуча, островки с различной теплопроводностью)9 Искусственная эпитаксия под дейстиемпериодических механических напряжений(“шахматная доска”)9 Sentaxy (selective nucleation based epitaxy)+оптимально работает для тонких пленок+ универсальный метод, не требуетэпитаксии+ имеет много гибких модификаций+может ориентировать до 100% растущихкристаллитов+ применим для получения сплошных слоевЛекция 6.
ПленкиГрафоэпитаксия(примеры)Полупроводники/люминофорыПолимеры/Te и пр.Лекция 6. ПленкиФерменты«Биомиметические» гибридыОсновной принцип биомиметическогороста неорганических структур и пленоквключает в себя кооперативныевзаимодействия между органическими инеорганическими компонентами гибрида.Сложные системы подразумеваютконтроль процессов самоорганизации,самоподобия, иерархического окружения,выбор формы роста и переносинформации с микроскопического намакроскопический уровень.9 Рост кристаллитов кальцита нажелатиновых пленкахEur.J.Inorg.Chem., 1999, 1643-1653Лекция 6.
ПленкиГрафотекстурирование(идея)Основные факторы:размер, форма крист.,место з/о, мениск,плотность ансамбля,кристаллизационноедавление,подвижность (ж.ф.),Лекция 6. ПленкиГрафотекстурирование(зародышеобразование и рельеф)1213321 mmВ ячейке,разориентация1 mmБлизкок стенкеНа стенке,ориентацияДвеперпендикулярныестенки9Расположение / рост кристаллов около элементов рельефаЛекция 6. ПленкиГрафотекстурирование(пластинчатые кристаллиты ВТСП YBa2Cu3Oz)1 mmПараллельныевнутренние стенкиканавок75% из 220 кристалловполностью ориентированына площади 8-9 мм29Соответствующий по симметрии рельеф(ось второго порядка, пластинки),9Соответствие размеров кристаллов иэлементов рельефа (около 100 мкм),9Геометрические ограничения роста (двепараллельные стенки),9Контроль зародышеобразования (вблизиэлеметов рельефа)Лекция 6.
ПленкиРазориентированныйкристалл на поверхностипленкиaДвойникиbГрафотекстурирование(микроструктурные особенности)Пленка расплаваПоток расплава1 - BaCuO2, 2 - трещины, 3 – послойный рост,4 - мениск, “Y123” – разориентированныеКристаллиты в более широкой канавкеЛекция 6. Пленки9ПерераспределениерасплаваГрафотекстурирование(морфология, игольчатые кристаллы ВТСП Bi2212)2212 в канавкахOM, 100xAEC в канавкахРЭМ, 100xAEC+CF+melt = Bi2Sr2CaCu2O8,Ag, 920-880 0C, охлаждение ~1-3 0C/ч, воздухЛекция 6.
ПленкиКонцентрационный градиентIdea: G.J.Schmitz, ACCESS e.V.NdBa2Cu3O5, Tp~10850CLP1 “затравка”1232Y2BaCuO5Создание Grad C(РЗЭ)Yb123, Tp~9500C“211”100 mkm1 – выбор направления, селекция зерен2 – направленный рост вдоль <113>,Grad С(РЗЭ) ~ Grad Tp(тв.р-ра) ~ Grad (T)Лекция 6. ПленкиL«Фильтры» ориентации роста зеренAppl. Phys. Lett., Vol. 77, No. 26, 25 December 2000Лекция 6. ПленкиСамособирающиеся слоиNATURE |VOL 398 | 8 APRIL 1999 |www.nature.com«Двумерный квазикристалл» из упорядоченных органических молекул,иммобилизированных одной из функциональных групп (тиолы, сульфаты,гидроксиды, амины и пр.) на подложке – Изменение свойств поверхности Контроль ориентации осаждающихся кристаллитов неорганических солейЛекция 6.
ПленкиЖидкостная самосборка(Fluidic Self-Assembling)SCIENCE VOL 296 12 APRIL 2002-анизотропное смачивание-движение и «подстройка» блоковЦилиндрический дисплейЛекция 6. ПленкиДефекты пленок• химическое загрязнение материалом подложки• загрязнение веществом газовой атмосферы(CO2, CVD)• включения посторонних фаз• дислокации, напряжения• границы зерен, разориентация• двойниковые дефекты• структуры срастанияЛекция 6.
ПленкиУстройства• Магнитные и электрические сенсоры, SQUID, магнитныетомографы (ВТСП), антенны, болометры• Магнитная запись и считывание (ферриты, КМС)• Элементы памяти (ферроэлектрики, сегнетоэлектрики)• Интегрированные микросхемы (полупроводники)• Диэлектрические покрытия• Буферные слои• Оптические покрытия (волноводы, голография, фильтры,просветление оптики, преобразователи солнечнойэнергии)• «Микромашины»Лекция 6. ПленкиКонтрольные вопросы1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.Какие существуют «классические» и «перспективные» методы полученияпленок?В чем преимущества и недостатки «физических» и «химических» методовосаждения?Какие явления происходят на границе «пленка-подложка» при и после ееосаждения?Могут ли дефекты пленки играть положительную роль (для улучшенияфункциональных свойств) и в каких случаях?Какие сущестуют методы текстурирования тонких и толстых пленок?Какие требования предъявляются к подложкам при эпитаксиальномосаждении пленок и почему?Где могут использоваться алмазные, ВТСП и КМС пленки?В чем преимущества жидкофазной эпитаксии перед физическимиметодами осаждения пленок?Какие существуют механизмы графоэпитаксии?Что такое «самособирающиеся слои» и каковы перспективы ихиспользования?Лекция 6.
ПленкиЛитература1.2.3.4.5.6.7.ЖВХО, 34, 436-536 (1989)Handbook of crystal growth, ed.D.T.J.Hurle (NorthHolland, Amsterdam)B.J.Batlogg, R.Buhrman, J.R.Clem, D.Gubser,D.Larbalestier, J. of Superconductivity, 10, 583 (1997)О.Ю.Горбенко, В.Н.Фуфлыгин, А.Р.Кауль.Сверхпроводимость: исследования и разработки, 5-6,38 (1995)H.J.Scheel. MRS Bulletin, 26 (Sept. 1994)C.Klemenz, H.J.Scheel. J.Cryst.Growth, 129, 421 (1993)O.Yu.Gorbenko, V.N.Fuflyigin, Yu.Yu.Erokhin,I.E.Graboy, A.R.Kaul, Yu.D.Tretyakov, G.Wahl, L.KlippeJ. Mater. Chem., 4, 1585 (1994)Лекция 6.
Пленки.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
