Диссертация (1173421), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Рисунок 1.21).Рисунок 1.21 – Выпаривание растворителя с поверхности пленки.Толщина слоя жидкости доходит до такого состояния, когда начинаютоказывать влияние эффекты вязкости. На этом этапе основной процесс –выпаривание летучих растворителей. При этом происходит эффективноезамораживание покрытия на месте ввиду того, что повышается его вязкость споследующим превращением в гель. Этот эффект показан в работе [90], в которойбыла получена зависимость толщины слоя от скорости вращения, вязкости искорости испарения.При нанесении покрытия большое значение имеют различные воздушныеэффекты, перечисленные далее.- «Кометы». Однородности формирования тонких пленок препятствуюттвердые частицы относительно больших размеров, находящихся на подложке и в42самой жидкости, что приводит к возникновению «комет» (см. Рисунок 1.20).
Длятого чтобы исключить влияние данного фактора, необходимо отфильтровыватьжидкость, а также очистить и отполировать подложку.Рисунок 1.22 – Комета на поверхности тонкой пленки. (Золь-гель оксиды кремния ититана на кремниевой подложке. Скорость вращения 1000 об/мин. Толщина покрытия300 нм) [90].- «Полосы». Полосы в данном случае – это радиальные линии изменениятолщины покрытой пленки.
Как правило, их толщина варьируется очень плавно вдиапазоне 50-200 мкм. Их ориентация соответствует основному потоку жидкости(см. Рисунок 1.21). Их появление обуславливают испарением в условиях эффектаповерхностного натяжения. Раннее испарение легколетучих компонентов можетпривести к насыщению ими воды и/или других нелетучих компонентов вповерхностном слое. Если поверхностное натяжение этого слоя больше, чем уисходного раствора (плюс того слоя, который находится глубже), между темиместами, где поверхностное натяжение меньше, способность к испарению выше,ввиду чего и происходит изменение рельефа поверхности.
В большей степени этосвязано с эффектом Марангони (явление переноса вещества вдоль границыраздела двух сред, возникающее вследствие наличия градиента поверхностногонатяжения).43- Чувствительность к внешней среде: внешняя среда также может оказыватьвлияние на качество полученного покрытия. Одним из важнейших факторовявляется влажность воздуха. Дело в том, что вода как химическое веществоспособна оказывать влияние на растворы, изменяя их концентрации, исоответственнонаконечноепокрытие.Влажностьспособнавызыватьмикротрещины, шероховатости, образование полос в покрытии. В связи с этим,для получения качественных покрытий методом центрифугирования важноследить за внешней средой.Рисунок 1.23 – Полосы на поверхности тонкой пленки (Золь-гель оксиды кремния ититана.
Скорость 10000 об/мин. Толщина покрытия 300 нм.) [90].Несмотря на то, что метод СК обладает такими преимуществами приизготовлении, как формирование пленок на большой площади, заданной толщиныи с составом близким к стехиометрическому, а также не требует дорогостоящегои сложного оборудования, он является наименее распространенным средимножества методов формирования пленок ХСП [28-32, 86-92]. Связано этом стем, что ХСП слабо растворяются в большинстве растворителей.
Таким образом,для нанесения тонких пленок ХСП методом СК необходимо обеспечить выбор44оптимальных параметров, в частности состава растворителя, метода и режимовочистки подложки, режима нанесения.1.5. Применение ХСПРисунок 1.24 – Схема потенциального применения ХСП в фотонике иоптоэлектронике [17].Изучение ХСП материалов продиктовано необходимостью развития исовершенствованияоптоэлектроннойтехникивтакихобластях,кактелекоммуникации, медицина, приборостроение. Нарастающий интерес к этойобласти материаловедения продиктован в первую очередь свойствами этихматериалов.ХСП обладают рядом уникальных свойств, которые либо частичноприсутствуют,либополностьюотсутствуютукристаллическихполупроводников: обратимое электрическое переключение и эффект памяти,45фотоиндуцированные структурные превращения и т.д. Также к достоинствамхалькогенидныхстеклообразныхполупроводниковотносятвысокоесопротивление, широкую область стеклования, высокую стойкость к воздействиювлаги.
Варьирование состава ХСП позволяет управлять их свойствами(оптическими, термическими и механическими) [1-10].В отличие от систем на основе силикатных стекол, широко применяемых воптоэлектронике, халькогенидные стекла обладают существенно более низкимитемпературами стеклования, которые находятся в интервале 60 – 450°C [4, 16].Это обстоятельство позволяет снизить энергетические затраты на синтезматериала, упростить его изготовление и выработку.
Материалы пригодны длянепосредственного нанесения на гетероструктуры при создании фокусирующихлинз, а также защитных и пассивирующих слоев.Кроме того, халькогенидные стекла характеризуются более высокимпоказателем преломления по сравнению с силикатными. Высокий показательпреломления открывает перспективы для создания оптических волноводов сбольшей числовой апертурой и пониженной волноводной дисперсией, а такжелинз с высокой оптической силой [5,13-14].Рисунок 1.25 – Спектры пропускания различных халькогенидных стекол [4].46Наиболее существенной в контексте применения ХСП в современнойфотонике и оптоэлектронике является широкая область прозрачности данногоматериала. На Рисунке 1.25 изображены спектры поглощения различныххалькогенидных материалов [4].Халькогенидные материалы являются средами с низкоэнергетическимфононным спектром, что делает их оптически прозрачными вплоть до 25-30 мкм[5, 13, 14, 18].
В то время как силикатные и фторидные стекла хотя и обладаютвысоким пропусканием становятся полностью оптически непрозрачными вобласти 4 мкм и 8 мкм соответственно.Вобластиприборостроенияважнымявляетсясозданиеустройствтепловидения. До недавнего времени для этих целей активно использовалсягерманий, однако край красного поглощения германия лежит в области 12 мкм[14]. При этом в качестве материала для изготовления линз пригоден толькомонокристаллический германий, стоимость изготовления которого велика, к томуже высокая твердость германия требует дорогостоящей алмазной обработки присоздании линз.
Разумными альтернативами германию являются сульфидные иселенидные стекла, показывающие удовлетворительное пропускание в третьематмосферном окне (8-14 мкм), они гораздо дешевле при производстве и легчеподдаются обработке [19].Большая нелинейность третьего порядка позволяет халькогениднымстеклам найти свое использование и в нелинейных преобразователях частотылазерных импульсов. У ХСП нелинейные коэффициенты поглощения ипреломления, а также коэффициент рамановского усиления в ближнем ИКдиапазоне на 2-3 порядка превышают значения коэффициентов кварцевого стекла.Дляминиатюризацииустройствнелинейнойоптикиважноуменьшениекерровской постоянной.
Также ХСП являются прозрачными в спектральнойобласти1-12мкм.Всвязисэтимхалькогенидныестеклаявляютсяперспективными материалами для создания сверхширокополосных когерентныхисточников излучения в среднем ИК-диапазоне [5, 13, 14, 20-23].47На сегодняшний день микроструктурированные волоконные световоды наоснове кварцевого стекла, а также оптические микрорезонаторы с модамишепчущей галереи используются для получения широкополосного когерентногоизлучения. Использование ХСП может быть использовано для созданияширокополосных источников лазерного излучения с длинной волны в среднемИК диапазоне (3 – 25 мкм).
Данные источники могут быть использованы дляотслеживания экологической обстановки и применения в различных областяхмедицины [5, 13, 14, 20-23].Таким образом, халькогенидные стеклообразные полупроводники являютсяперспективными материалами для использования в различных областях науки итехники. Разработка и создание технологии формирования тонких пленок ХСПметодом СК является актуальной задачей современной науки и техники, т.к.позволит получать данные пленки с необходимыми толщинами, составомблизким к стехиометрическому, а также формировать слои на образцах большойплощади с меньшими экономическими затратами по сравнению с наиболеераспространенными в настоящий момент методами получения.48Выводы по 1 главе1. Анализ научно-технической литературы показывает, что халькогенидныестеклообразные полупроводники являются перспективными материалами дляиспользования в различных областях науки и техники.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
