Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Застосування металевих одно і багатошарових нанопокриттів

Технологія отримання нанопокриттів

Найбільш ефективними способами () модифікації поверхневих властивостей є нанесення функт () (нано) покриттів фізичним осадженням покриттів (ФОП або PVD) або хімічним осадженням покриттів (ЇОП або CVD). Вказані способи дозволяють нанести покриття на різні вироби завдяки їх надійності, універсальності, можливості отримання покриття практично () архітектури. Спосіб фізичного осадження покриттів має переваги перед хімічним осадженням покриттів як екологічно чистий процес.

В світовій практиці широко застосовується спосіб отримання покриттів вакуумнодуговим способом МeVVA(Metal VaporVacuumAro) або КИБ. Цей спосіб дозволяє формування покриттів різного функціонального призначення з наноструктурою (градієнтні, метастабільні, багатокомпонентні, багатошарові або острівкові покриття)

 

Знаходять широке застосування в мікроелектроніці, радіотехніці і навіть існує термін плівкове матеріалознавство. Це дозволяє мініатюризувати радіоелектронні прилади, суттєво підвищити швидкість обробки інформації і її розповсюдження.

Приклади: мікромініатюризація радіо і електронної апаратури – це різні коаксіальні системи (оптико-передаючі і хвильові, температуро перетворювачі, чутливі тензо-датчики, магнітні плівки в логічних і запам’ятовуючих приладах).

Товщина покриттів складає від нанометра до декількох мікрон. Не вся гама покриттів вписується в нано.

Можливість одночасного (одномістного) виготовлення багатьох елементів (опори конденсаторів, індуктивностей, контактів, діодів) зменшує собівартість. Не потребує стадії монтажу елементів. Завдяки цим технологіям створені великі інтегральні схеми з великим ступенем інтеграції та ускладненням функцій.

Декілька прикладів застосування:

1. Резистори

Патент англієць Ф.Крюгер 1919 р.

Плівкові резистори можуть виготовлятися як в дискретному вигляді, так і в складі мікросхем.

Для виготовлення резисторів використовують плівки, які мають поверхневий опір R=10...10000 м

R – це опір плівки, в якій довжина l дорівнює ширині a.

R=S/d

Крім R плівка повинна мати ТКО (малий). Треба відзначити, що наноплівки мають високий опір в порівнянні з масивними матеріалами:

1. Розмірні ефекти (Фукса-Зондгеймера)

2. В плівці є можливість вносити домішки і створювати дефекти кристалічної будови в широких межах, що дозволяє створити структуру з низьким ТКО і високим опором (дислокації, вакансії, атоми проникнення, межа зерен, домішки - створюють додатковий опір)

3. Двофазні плівки (метал-діелектрик), в якому провідна компонента розчиняється в діелектричному розчині.

4. Плівки (пористі) мають високий опір і низький ТКО.

5. Багатошарові плівки, які мають різний за знаком ТКО.

6. Нові кристалічні структури з низькою концентрацією носіїв електричного струму (β-Та), елементи з заповненими зовнішніми електронними орбітами.

Для виготовлення резисторів застосовують сплави, металеві системи – кермети та напівпровідники. Широко застосовується ніхром (80% Ni + 20% Cr). Для збільшення опору замінювали нікель на кремній. Опір збільшувався, та збільшувався ТКО. Крім того, виникала проблема контролю складу і його стабільності.

В зв׳язку з цим перевага надається плівкам металевим (Ti, Hf, Mo, W, Re), особливо Та. Резистивні характеристики регулюють, змінюючи умови конденсації

 

Із системи метал-діелектрик використовують системи Cr-SiO, Cr-MgF, Au-SiO, Pt-TaO.

Плівкові конденсатори

Вони є складовою І.С. Технологія ІС передбачає формування на діелектричній підкладці великої кількості резисторів, конденсаторів, діодів і різних з׳єднань.

Найбільш широко використовують Та і ТаО (діелектрична стала Е=25 Ai2O3-9)

Схема танталового конденсатора

Крім TaO використовують також Mn2O3, SiO. Характеристика конденсатора напруженість електричного поля пробою

E= Uпр/d T2O5~108 B/m

Надпровідникові плівки

Кріотони. Напровідниковий елемент оточений соленоїдом, який створює магнітне поле.

Надпровідникова плівка Та або інший метал, ізолятор плівка SiO2 і Олово – соленоїд.

Вентиль знаходиться в середній точці переходу від надпровідного стану до нормального, то означає збільшення корозійного струму може зумовити значну зміну струму або напруги через вентиль. Використовується як запам’ятовуючі і логічний пристрої.

Плівкові сенсори

Це датчики для вимірювання неелектричних сигналів і безконтактного керування приладами.

Існує напрямок вимірювальної техніки сенсорика.

Плівки Pt та Ni використовуються як датчики температури.

Плівки Si як датчики тиску.

Au/SnO2/Au – датчики вологості.

Загальна сутність – добираються такі матеріали плівок, які змінюють свої характеристики в залежності від складу (хімічного), вологості, напруженості і т.д. – зміна властивостей перетворюється в електричні або механічні сигнали.

Загазованість оксидом азоту

Плівки Li, K, Pb.

Хлорофторвуглець (фріон) Pt/LaF3/SiO2/SiC і т.д.

Широкі можливості дає використання органічні матеріали, але їх недолік – низька термічна стабільність.

Радіозотопні прилади

В датчики вакууму, нейтралізатори статичної електрики, генератори уніполярних іонів як основний елемент використовують титанову, кадмієву, лужний елемент плівку (пористу, нанопори) насичену тритієм. Вона здатна випромінювати β частинки і α іон.

Вони випромінюються в нейтронних генераторах при бомбардуванні плівки високоенергетичним потоком іонів.

В умовах опромінення проблема міцності з’єднання плівки з підкладкою вирішують високоенергетичним напиленням (потенціал на підкладці 1-3 кВ) плівка розпорошується, утворюється дифузійний шар в підкладці.

Знижують потенціал до 150…300, напилюють плівку.

Вплив умов отримання на властивості плівок.

В усіх відомих теоріях утворення металевих плівок (вакуумне напилення або газотранспортна реакція) першими етапами вважається зіткнення атомів пори з підкладкою. В результаті такого зіткнення вони передають частину своєї енергії протягом певного часу.

Передають частину своєї енергії протягом певного часу τр (час релаксації) – відбувається встановлення термічної рівноваги адсорбованого атома(адатома) з підкладкою. Якщо адатоми в процесі поверхневої дифузії не приєднуються до іншого адатома або їх скупчення, то він, ревипарувавшись, залишить підкладку. Деякі атоми, маючи велику кінетичну енергію, миттєво відбиваються від поверхні. Час адсорбції адатома

τа0; τs=1/ν exp(ЕД/kT)

Оптимальні умови, коли атоми швидко закріплюються на поверхні і в процесі поверхневої дифузії приєднуються до інших адатомів. Комплекси з декількох адатомів(кластери) – термодинамічно нестійкі утворення, тому, якщо кластери перебувають в невигідному для подальшого росту стані, то вони будуть розпадатися. При розпаді вони будуть приєднуватися до адатомів, а не до кластерів, збільшуючи розміри до критичного зародку. К.З. – це такий комплекс із атомів, який має мінімальну термодинамічну стійкість. Приєднання до нього адатома робить його стійким(зменшується відносний вклад вільної поверхневої енергії в загальну енергію зародка завдяки зменшенню відношенню його площі до об’єму). Подальший ріст критичного зародку призводить до утворення стійкого острівця металевої плівки.

Зародковий механізм утворення плівок не має граничних випадків. Розмір зародків знаходиться в широкому діапазоні залежно від умов нанесення. При низьких температурах Еа>>kT ймовірність ревипаровування дуже низька. Одночасно дифузійна рухливість адатомів буде незначною, в результаті чого окремі адатоми будуть являти собою критичний зародок.

Приклади: при Тn=300К критичний радіус для срібла нанесеного на скло складає rкр=4,6нм, а вольфраму – rкр=0,13нм, що спів розмірне з розміром атомів вольфраму. Мідь на монокристал NaCl rкр=1нм.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Лекція № 1 | Механізм конденсації
Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-06; Просмотров: 472; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.015 сек.