Дипломдық ЖҰмыс тақырыбы: «Нанозаланған аморфты пленкаларының электронды қасиеттері, рж шашырау арқылы алынған» «5В071900 Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар»
жүктеу/скачать 4,09 Mb.
|
|
Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті Физика-техникалық факультеті Қатты дене физикасы және бейсызық физика кафедрасы ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС тақырыбы: «Нанозаланған аморфты пленкаларының электронды қасиеттері, РЖ шашырау арқылы алынған» «5В071900 – Радиотехника, электроника және телекоммуникациялар» мамандығы бойынша Орындаған: Кәрібай Е.Ә. (қолы) Ғылыми жетекшісі: ф-м.ғ.д, профессор_____________________________________Приходько О.Ю. (қолы) Қорғауға жіберілді: Хаттама № « » 2022 ж. Кафедра меңгерушісі: Ибраимов М.К. (қолы және мөрі) Нормобақылау: Дәулетова А.Н. (қолы) Алматы, 2022 ж. РЕФЕРАТ Дипломдық жұмыс 44 беттен 17 суреттен, 1 кестеден, 25 әдебиет көзінен тұрады, Түйінді сөздер: ионды-плазмалық жж-тозаңдату, титан диоксиді наноөлшемді пленкалар,құрылымы, электрондық қасиеттері Зерттеу нысандары наноөлшемді пленкалары болды. Жұмыстың мақсаты жоғары жиілікті ионды плазмалық шашырау әдісімен титан диоксидінің наноөлшемді пленкаларын алу және олардың электрондық қасиеттерін зерттеу болды. Жобаның жаңалығы технологиялық параметрлердің титан диоксиді наноөлшемді пленкаларының құрылымы мен электрондық қасиеттеріне әсер етуінің негізгі заңдылықтары анықталғандығында. Зерттеу әдісі мен әдістемесі: пленкаларының құрылымын зерттеу үшін Раман спектроскопиясы (Раман спектроскопиясы) қолданылды. Электрондық қасиеттерді зерттеу үшін оптикалық және электрлік әдістер қолданылды. Қолдану саласы: микро және наноэлектроника, сызықты емес оптика және биомедицина. Ғылыми зертхана-жоба Қазақ ұлттық университеті жанындағы ашық үлгідегі ұлттық нанотехнологиялық зертхана базасында орындалды. әл-Фраби, Алматы қаласы, Әл-Фараби даңғылы, 71, пайдалы алаңы 450, орталықтандырылған электрмен жабдықтау бар және барлық санитарлық нормалар сақталған. Жобаны орындау үшін пайдаланылатын ғылыми-зертханалық жабдықтар: ВУП-4М пленкаларын алуға арналған қондырғылар, Сэм Quanta 3D 200i, Раман спектрометрі Ntegra Spectra, спектрофотометр Shimadzu UV2000 және Lamda 35, пикоамперметр KEITHLEY 6485. РЕФЕРАТ
Дипломная работа состоит из 44 страниц 17 рисунков, 1 таблицы, 25 источников литературы,
ABSTRACT
The thesis consists of 44 pages, 17 figures, 1 table, 25 sources of literature, Keywords: ION-PLASMA RF SPUTTERING, NANOSCALE TITANIUM DIOXIDE FILMS, STRUCTURE, ELECTRONIC PROPERTIES The objects of the study were nanoscale films The aim of the work was to obtain nanoscale titanium dioxide films by ion-plasma high-frequency sputtering and study their electronic properties. The novelty of the project lies in the fact that the main regularities of the influence of technological parameters on the structure and electronic properties of nanoscale titanium dioxide films have been revealed. Research method and methodology: Raman spectroscopy (Raman spectroscopy) was used to study the structure of films. Optical and electrical methods were used to study electronic properties. Scope of application: micro- and nanoelectronics, nonlinear optics and biomedicine. Scientific Laboratory – The project was carried out on the basis of the Open-type National Nanotechnology Laboratory at the Al-Frabi Kazakh National University at 71 Al-Farabi Avenue, Almaty, on a usable area of 450m2, there is a centralized power supply and all sanitary standards are met. Scientific and laboratory equipment used for the project: VUP-4M film production facilities, Quanta 3D 200i SEM, Ntegra Spectra Raman spectrometer, Shimadzu UV2000 and Lamda 35 spectrophotometer, KEITHLEY 6485 picoammeter. Белгілер мен қысқартулар -титан диоксиді R –-рутилді құрылымы бар титан диоксиді а –-анатаза құрылымы бар титан диоксиді Жарықтың комбинациялық шашырауы (Раман спектроскопиясы) Т (λ) – оптикалық өткізу R (λ) – шағылысу коэффициенті λ-толқын ұзындығы HV ,ωω – квант жарық энергиясы α-сіңіру коэффициенті Eg-тыйым салынған аймақтың оптикалық ені σ-өткізгіштік Еσ-өткізгіштіктің активтену энергиясы МАЗМҰНЫ
Кіріспе
Қазіргі уақытта титан диоксиді () негізіндегі материалдар ерекше қызығушылық тудырады. Титан диоксиді-бұл үш кристалды модификацияда кездесетін полиморфты қосылыс: анатаза, рутил және брукит. Рутил (r-) және анатаза (a-) практикалық қолдану тұрғысынан үлкен қызығушылық тудырады, өйткені олар -нің көптеген заманауи қосымшаларында қолданылады, мысалы, өнеркәсіпте полимерлерде, күн қорғанысында, бояғыштарда, сондай-ақ су тазартқыштарда қоспалар ретінде қолданылады Соңғы жылдары Қоршаған ортаны жақсарту үшін , күн электр құрылғыларында, биомедицинада және басқа салаларда қолдануға қызығушылық артып келеді. Бұл қызығушылық -нің фотоактивтілік сияқты ерекше қасиетімен байланысты. Тыйым салынған аймағының оптикалық ені ~3,2эВ болғандықтан, ультракүлгін сәуле әсерінен пайда болған электрондар өте жоғары энергияға ие және әртүрлі микробтар мен вирустарды бейтараптандыруға қабілетті 1 ВАКУУМ АЛУ ӘДІСТЕРІ Бастапқы вакуум Алдын ала вакуумды алу үшін өнімділігі 420 л/мин ВН-2 типті сорғы қолданылады.жоғары вакуумды алу үшін өнімділігі 500 л/сек болатын Н5 - С типті бу сорғысы қолданылады. ВН-2 сорғысына фланеці бар келте құбыр бекітіледі, ал келте құбырдың екінші ұшы клапанды қораптың корпусына жалғанады. Клапан қорабы-бұл үш жағынан құбырлар дәнекерленген текше. Екінші құбыр клапан қорабын жоғары вакуумдық сорғының фланецімен, үшіншісі жоғары вакуумдық сорғының клапан қақпағымен байланыстырады. Клапандарды жабу және ашу клапан қорапшасының редукторының білігіне бекітілген эксцентрлік камерамен жүзеге асырылады Вакуумдық жүйе алу үшін алдын ала вакуумда өнімділігі 420 л/мин ВН-2 типті сорғы қолданылады. Клапан қорап текше болып табылады. Екінші құбыр клапан қорабын байланыстырады жоғары вакуумдық сорғының фланеці бар, үшіншісі-клапан қақпағы жоғары- ковакуумдық сорғы. Клапандарды жабу және ашу клапанды редуктор білігіне бекітілген эксцентрикті жұдырықпен қораптар. Электронды графиктің вакуумдық жүйесі металмен жабдықталған сұйық азотпен салқындатылған тұзақ. Вакуумды ауыстырып қосу пульттен, рас батырмаларымен жүзеге асырылады стендке қойылған. Пульттің жоғарғы бөлігінде дабыл орнатылған шамдар, төменгі жағында коммутациялық қозғалтқыштарды басқару түймелері вакуумдық жүйе клапандарының денелері. Сигнал шамдары көрсетеді қазіргі уақытта клапан ашық. Клапан камерасының осінің айналуы қораптар бір бағытта жүреді. Алдымен диф клапаны ашылады фузиялық сорғы мен сорғыда форвакуум жасалады. Вакуумның пайда болуы криогендік температурада молекулалардың сорбциясы процестеріне байланысты жүреді. Газ молекулалары салқындатылған беттерге түседі, ал құрылғы ішінде криоконденсация процедурасы басталады. Мұндай жабдық орындалатын әрекеттердің жылдамдығы өте маңызды болған жағдайлар үшін өте қолайлы турбомолекулалық, құрылғының ротор пышақтары газ молекулаларының қозғалыс жылдамдығына дейін жылдамдайды, соның арқасында бөлшектер камерадан шығарылады. Вакуумды өлшеу және сақтау. Зерттеу барысында сирек кездесетін ортаның жағдайын мұқият бақылау және өлшеу қажет. Вакуум дәрежесі ауаны сорғаннан кейін жүйеде қалған зат мөлшерімен анықталады. Сиректеу деңгейін өлшеу үшін арнайыдатчиктер қолданылады бүгінгі таңда өлшенетін қысым диапазоны мен әрекет принципі бойынша ерекшеленетін жиырмаға жуық өлшеу құралдары бар. Вакуумдық жабдықжүйеге тікелей интеграциялауға арналған датчиктер бар, басқа типтегі құрылғылар сорғылардың мембраналарына әсер ететін күш, күш деңгейіне негізделген нәтиже береді. Серіппелі манометрлер, мановакууметрлер өте төмен қысым аймағындағы сиректеу деңгейін өлшеу айтарлықтай қиын, сондықтан бұл жағдайда жанама есептеу әдістері қолданылады, атап айтқанда, газды разрядтарды қолдануға негізделген. Вакуумдық сорғы вакуумдық жүйенің элементі, тікелей сорылатын көлемнен газды шығаруды жүзеге асырушы. Бастапқы вакуум екі май ротациялық сорғымен қамтамасыз етіледі. Құрылғы келесідей жұмыс істейді. Одан май буландырғыштың бетіне (спиральды ойық бойымен) жұқа қабықпен ағып кетеді. Алдымен майды газсыздандыру жүзеге асырылады, ол үшін май 3 тоңазытқыш шарынан және 4 және 6 резервуарлардан өтіп, майды буландырғышқа қайтадан сорады. Вакуумға дейінгі сорғылар газдар мен буларды бастапқы атмосфералық қысыммен сорып алады. Бастапқы вакуум сорғылары (форвакуум сорғылары) атмосфералық қысым кезінде жұмыс істейді және олардың көмегімен вакуумға қол жеткізуге болады - мм рт.ст. жоғары вакуумға қол жеткізу үшін (10 мм рт.ст. дейін) жоғары вакуумдық айналмалы сорғылар (мысалы, Рутс екі роторлы сорғылар немесе молекулалық сорғылар) немесе бу және диффузиялық сорғылар.Бастапқы вакуум сорғылары үшін атмосфералық қысымнан асады. Бастапқы Вакуумды алу үшін өнімділігі 420л/мин ВН-2 типті сорғы қолданылады.жоғары вакуумды алу үшін өнімділігі 500л/сек болатын Н5 - С типті бу сорғысы қолданылады. ВН-2 сорғысына фланеці бар келте құбыр бекітіледі, ал келте құбырдың екінші ұшы клапанды қораптың корпусына жалғанады. Клапан қорабы-бұл үш жағынан құбырлар дәнекерленген текше. Екінші құбыр клапан қорабын жоғары вакуумдық сорғының фланецімен, үшіншісі жоғары вакуумдық сорғының клапан қақпағымен байланыстырады. Клапандарды жабу және ашу клапан қорапшасының редукторының білігіне бекітілген эксцентрлік камерамен жүзеге асырылады.Бастапқы вакууммен кептіру конденсаторлардан ылғалдың көп бөлінуімен бірге жүрмейді, сондықтан ылғал конденсаторын қосу қажеттілігін жояды. Қазандықтағы қысымды атмосфералықтан 5 - 10мм рт. ст. дейін төмендету өте қысқа мерзімде орын алады. Бастапқы вакуум сорғылары ретінде негізінен айналмалы май сорғылары қолданылады қосылу үшін әдетте жеткілікті кең және қысқа түтіктер алынады. Осылайша бу сорғысының шығыс қысымы айналмалы май үшін кіріс қысымы болады, олардың әрқайсысының алдында тұзақтары бар диффузиялық сорғыштар. Алдын ала вакуум екі майлы ротамен қамтамасыз етіледі емтихандық сорғылармен. Құрылғы келесідей жұмыс істейді. Май 6 резервуарына құйылады, ол жерден 7 сорғымен сорылады электр қыздырғышы бар түтік арқылы 9 тамшы резервуарға және одан әрі 10 тамшы арқылы 22 тарату шұңқырына түседі. Бірі оған май сүйкімді аузынан қапал бетінен айырмасын буландырғыш (бойынша спиралды канавке)жұқа пленка. Алдымен майды газсыздандыру жүргізіледі, ол үшін май 3 Тоңазытқыш шарынан және 4 және 6 және танктерден өтеді майды буландырғышқа қайтадан құйыңыз[1]. Операция аздап қызған кезде бірнеше рет қайталанады (40-50°), алдымен төмен вакууммен, ал содан кейін терең вакуумды қосыңыз (10-3мм рт.ст.). - құжат). Кейін окончання газсыздандыру майды фракциялармен (циклдармен) дистилляциялай бастайды температура аралығы 10°. Буланатын молекулалар конденсиру-бар 2 конденсатордың ішкі бетіне-суыту және тамшылатқыш арқылы пробиркаға -қабылдағышта жүру Бойынша тазартылмаған май қалдықтары-3 тоңазытқышқа құлап, 4 резервуарына жиналады, онда айдау циклы аяқталғанға дейін сақталады. Содан кейін қалдықтар аударылады 6 резервуарға, ол жерден 7 сорғымен буландырғышқа қайтадан беріледі келесі айдау циклі үшін. Циклдік айдау машинасы сәтті қолданылады аналитикалық Дистилляция. Өнеркәсіптік мақсаттар үшін бұл құрылғы өнімділігі төмен болғандықтан аз қолайлы және пленканың едәуір қалыңдығы. Орталықтан тепкіш айдау аппараттары. Негізі орталықтан тепкіш айдау аппараттарының конструкциялары-тазартылған сұйықтықты жұқа пленкамен тарату ципі электрмен жабдықталған жылдам айналатын дискіде және орталықтан тепкіш күш ретінде қолданылады.жұқа пленка алу үшін және дистиллятты алып тастау үшін конденсатордың беті. Мұндай құрылғыларда испан айналады-және конденсатор, сондай-ақ конструкциялар жасалды жылжымалы конденсатор. Орталықтан тепкіш айдау аппараты конструкцияларының бірі төрт буландырғыш және төрт конденсатордан тұрады тарелка оның әр 1 төменгі табақшасы буландырғыш, ал әрбір жоғарғы табақ 2-конденсатор. Пластиналар 3 және vra бір тік білікке орналастырылған-үлкен жылдамдықпен жүреді. Бір сағаттағы буландырғыш тақталар-олардың төменгі беті кедергі элементтерімен қызады,ал конденсациялау табақшалары айналмалы мас-мен салқындатылады-тәрелке ортасына келіп түсетін және ол бойынша бөлінетін сынықтарбетінің.Тепкіш күш және сорғы әсерінен 5 мұнай айдау-салқынд атқыш катушка арқылы В және қайтадан оралады пластиналардың ортасында. 1– сурет. Жоғары вакуум ортасы. Сырттан ағып кетпес үшін ротор айналмалы өрісі бар электр қозғалтқышымен қозғалысқа, статор және ротор газ өткізбейтін бөлінген жұқа мыс қорабы. Ротор допқа орнатылады-мойынтірек Сорғы сипаттамалары тротор диаметрі 150мм, ұзындығы 220мм тайналу жылдамдығы 4500айн/мин электр қозғалтқышының қуаты 10Вт әрекет жылдамдығы: шамамен 0,1 және 0,001мм рт.ст. ст. - 2500/сек шекті қысым шамамен мм рт.ст. Бастапқы вакуум сорғылары ретінде негізінен айналмалы май сорғылары қолданылады қосылу үшін, әдетте, жеткілікті кең және қысқа түтіктер алынады, сондықтан бу сорғысының шығыс қысымы айналмалы май үшін кіріс қысымы болады. Егер бастапқы вакуумдық сорғы (5-6) жағдайды қанағаттандырса, онда диффузиялық сорғының қалыпты жұмысы үздіксіз жалғасады, өйткені саптаманың жанында вакуум жүйесіне қарағанда газдың ішінара қысымы үздіксіз сақталады. Екінші талап: алдын-ала вакуум сорғысы үлкен жылдамдыққа ие болуы керек, сондықтан ауа шектегіші арқылы өтетін қысым коллекторда жеткілікті төмен болады, ал бу-жол сорғыларының шығуында әрқашан критикалық деңгейден төмен болады. Бастапқы вакуум желілеріндегі газды сору иілу мен тарылудың болуына байланысты емес. Вакуумдық жүйенің бұл бөлігінде әдетте кішкентай диаметрлі мыс түтіктер қолданылады. Бергішті алға жылжытқанда, оң жақ цилиндр камерасының көлемін ұлғайту арқылы алдын-ала вакуум жасалады. Сорғыштар көтеру үстеліндегі парақтардың табанының артқы жиегінен жоғары, ал ролик камераның қуысында орналасқаннан кейін, қоректендіргіштің басы төмендейді. Клапанның өзегіне парақты басу нәтижесінде, оның ұшы сорғыш шыныаяқтардың ішінде орналасқан, соңғысында вакуум пайда болады. Одан әрі ілгерілету тиейтін басының алға қарай беретін роликтерге соратын тамаша парағы бірге баспен приподнимают оның. Профиль кулачка таңдалған осындай, бұл қайтару кезінде тиейтін басының бастапқы ереже соратын парағымен жоқ есебінде. Қоректендіргіштің басы қозғалысының толық циклі үшін камера бір айналым жасайды. Вакуумды жойғаннан кейін, сол жақ шеткі позицияға жақын Парақ жоғалады, сорғыш клапан жабылады және ауа фидердің басындағы кері пластина клапаны арқылы шығарылады. Қозғалмайтын сорып алатын қозғалмайтын вакуумдық жүйелер-олар-айдау бекеттері. Бұл беззолотниковых откач-жылжымалы айдау аспаптары бар машиналар-золотниктің жоғары өнімділігі оқылады айдау бекеттерінің жоғары сенімділігі мен герметикалығы бар машиналар. Бұл машиналарда вакуумдық жүйе тұрақты орнатылады, сору посттары сияқты, өңделетін құрылғы да қозғалады Берілген технологиялық циклге сәйкес вакуум. Жылжымалы қолсыз карусельді айдау машиналары сору құрылғылары әдетте бүктемелерді сору үшін қолданылады өзге де ірі габаритті кезінде мысалы, Боров электронды сәулелі бүйір мен кинескоптарды талап етемін үлкен жылдамдықта тербеліс және жоғары вакуум. Диффузиялық сорғыны атмосферадан ажыратыңыз және жасаңыз тоқтаусыз және өшірусіз аспаптағы алдын ала вакуум сильфондардың көмегімен бу және механикалық сорғыларды қосқыштар. а. в. 2-сурет Жұмыс орнының вакуумдық схемасы а-құрылғыда алдын ала вакуум жасау,в-аспапта жоғары вакуум жасау жебелер- газ қозғалысының бағыты көрсетілген оларды аспаптан айдау процесінде. Себебі жоғары жылдамдықты паром-май сорғылары бастапқы вакуумдық сорғыны қолдануды талап етеді қысым кезінде жеткілікті үлкен айдау жылдамдығымен мм рт-нің жүзден бір бөлігі онда айналмалы май-сорғылар тікелей қосыла алмайды. Форвакуум.Форвакуумдық сорғылар ретінде. Сондықтан арасындағы жоғары және айналмалы май қосалқы (бустерлік) сорғы сорғылармен қойылады, екі диффузиялық саптамалары бар, олардың жоғарғы жағы үшін вакуумдық сорғының рөлін орындайды жоғары жылдамдықты паром-майдың соңғы шүмегі-сорғыш және айналмалы май сорғысы сорғы ретінде қызмет етеді. Қазіргі уақытта майлы механикалық көлемді сорғылар тығыздау көптеген вакуумдардың ажырамас элементі болып қала береді систем. Олардың көмегімен вакуумда алдын-ала сирету жасалады жоғары вакуумдық сорғылардың шығуындағы жүйе және форвакуумдық қысым. Механикалық көлемнің үш түрі ең көп таралған майлы тығыздағыш сорғылар: пластина-статор, пластина-ротор және плунжер сорғылары. Пластина статор сорғылары, әдетте, шағын сорғылар өнімділігі, пластиналы роторлы орташа, ал плунжерлі орташа және жоғары өнімділік. Қазіргі заманғы жоғары тиімді диффузиялық сорғылар көбінесе майды айналмалы сорғыға қарағанда жоғары форвакуумды қажет етеді. Сондықтан кішігірім форвакуум жеткілікті болатын эжектор диффузиялық типтегі сорғымен (диффузиялық эжектор деп аталатын) тікелей біріктірілетін құрылымдар ұсынылды. Беткі өлшеу алдында катализатор үлгілерін жаттықтыру керек. Мұны істеу үшін олар 100— 400° C дейін қызады, колонкалардың төменгі бөлігін алынбалы пешке салып, вакуумдайды. Ауа колонкалардан форвакуум сорғымен сорылады, ол қалдық қысым мм рт. ст. құрайды. vvl-100 маркалы диффузиялық сорғы. жүйедегі вакуум Мак-Леод манометрімен өлшенеді. Үлгілердің тұрақты массасы осы сәттен бастап катетометрде бастапқы белгілер байқалады тәжірибе жүргізу кезіндегі сақтық шаралары сорып алғаннан кейін (Ажыратқышты өшіргеннен кейін) атмосфераға үш жақты кранды бұру керек. Олай болмаған жағдайда форвакуумдық сорғының майы жүйеге тартылуы мүмкін. Қысу аяқталғаннан кейін калибрленген түтікті суыту вакуум астында немесе форвакуум сорғысы жұмыс істеп тұрған кезде немесе сорғыны түтікке жалғайтын шыны тартпа вакуумның астында герметикалық дәнекерленген кезде (неғұрлым ыңғайлы) жүргізілуі тиіс. Бұл калибрдің тотығуын болдырмау үшін қажет. Су ағысы, эжекторлық және Роторлық сорғыларды тікелей барометрлік қысым кезінде пайдалануға болады, ал диффузиялық сорғыларды тек алдын ала вакуумдалған кеңістіктен бу шығарған кезде ғана пайдалануға болады. Бұл сорғылардың алғашқы екі түрі өздігінен жұмыс істей алатындығын білдіреді, ал екінші түрі форвакуумды алуға қызмет ететін бірінші типтегі көмекші сорғыны қажет етеді. Едәуір үлкен вакуум, айындық жұмыстарын жүргізу үшін 1-2м/сағ май сорғыларымен сору жылдамдығы жеткілікті, ал диффузиялық сорғылармен 10-20л диффузиялық сорғылар шыны, кварц немесе болаттың отқа төзімді сорттарынан жасалған, сорғылардың алғашқы екі түрі әсіресе жақсы тазаланады. Сорғыларды жылыту электр тогымен жүзеге асырылады[2,3]. Диффузиялық сорғыларда сынапты жұмыс денесі ретінде қолдану арнайы майларды қолданумен салыстырғанда кейбір артықшылықтарға ие.Сонымен, қажетті форвакуумның мәні сынап сорғылары үшін 10-15мм рт.ст. құрайды, ал Май үшін-0,5-0,1мм рт.ст. сынап қыздырылған сорғыға ауаның енуіне аз сезімтал сорғыны азот қышқылымен және сумен жуу арқылы тазарту оңай. Екінші жағынан сынаптың кемшіліктері оның уыттылығында және бөлме температурасында оның қаныққан буларының қысымы жеткіліксіз. 3-сурет. Форвакуумдық насос 3 суретте форвакуумды насос қолданған кезде мыналармен қол жеткізуге болады МХ-1303 масс-спектрометрінде үлгіні иондық көзге енгізу жүйемен қамтамасыз етіледі, оның схемасы авторлар жүйеге енгізген жетілдірулермен бірге суретте көрсетілген. Бұл өзгерістер шлюзді айналып өтіп, 200° C-қа дейін қайнайтын заттарды құюға мүмкіндік берді. Бөлек тіреуіш түрінде орындалған жіберу жүйесі талдау алдында жіберу баллоны мен вакуумдық коммуникацияларды соруға және талдау жасалатын сынаманы жіберу баллонына енгізуге арналған дербес вакуумдық жүйеге ие. Алдын ала сиретуді өнімділігі 50л 1мин ВН-461 типті форвакуумдық сорғы жасайды. жоғары вакуум жасау үшін ДРН-10 типті сынап диффузиялық сорғы қызмет етеді. Жүйедегі қысым құрылғының көмегімен өлшенеді, оның датчиктері лт-4м типті термопаралық манометрлік шамдар форвакуумдық Сорғы мен баллонға орнатылады. Жоғары вакуумдық қақпанға иондаушы манометр датчиктері орнатылған (ЛМ-2 шамдары) 1.2 Жоғарғы вакуум Жоғары вакуумдық аймақ газ молекулалары негізінен ыдыстың беттерінде орналасқан және молекулалардың бос жолының орташа ұзындығы вакуумдық ыдыстың мөлшеріне тең немесе одан асатын күйге сәйкес келеді. Молекулалар вакуумдық ыдыста басқа молекулалармен соқтығыспай қозғалады. Вакуумның осы дәрежесінде сорғының мақсаты жеке молекулаларды алып тастау болып табылады. Молекулалар бетінен шығып, сорғыға жеке жетеді. Жоғары вакуум вакуумды жабу, бетті өңдеу және модификациялау үшін кеңінен қолданылады. Жоғары вакуумдық қысым диапазоны -тен 10-7 дейін. Жоғары вакуум-бұл вакуум деңгейі өте мұқият әдет Па немесе Па (м бар немесе шамамен Тор) аз қысыммен сипатталады. Осылайша, супервакуумдық камерадағы ауа жер атмосферасына қарағанда миллиардтаған есе аз, оның қысымы шамамен Па құрайды. вакуумдық әдістер зерттеулерде, микроскопияда және спектроскопияда кеңінен қолданылады. Жоғары вакуумнан жоғары вакуум режимі экстремалды вакуум деп аталады және Па-ға тең жоғары вакуум диапазонындағы қысымның төменгі шегін құрайды. Өте төмен қысымға қол жеткізу көптеген техникалық әзірлемелерді қажет етеді. Ауаны жеткілікті мөлшерде сұйылтуға қабілетті сорғылар ғана емес, сонымен қатар вакуум деңгейін ұстап тұруға қабілетті корпустар мен материалдар және қол жеткізілген вакуум деңгейін анықтау үшін жеткілікті тиімді және дәл сенсорлар. Жоғарғы вакуум-бұл вакуумның бірнеше деңгейінің бір ғана категориясы. Жалпы қолданылатын және қарапайым кесу бастапқы вакуумды мбар қысымдағы екінші вакуумнан ажыратады (бастапқы вакуум жоғары, ал екінші вакуум төмен). Дәлірек айтқанда, төмен қысымдағы вакуум деңгейі: өрескел вакуум, бастапқы вакуум, аралық немесе орташа вакуум, қайталама немесе жоғары вакуум, ультра жоғары вакуум, экстремалды вакуум, абсолютті вакуум. Осы бағыттардың әрқайсысы әртүрлі қосымшаларға мүмкіндік береді. Олардың шектері стандартталмаған және географиялық факторға байланысты болуы мүмкін. Еуропада ультра жоғары вакуумның жоғарғы шегі Па , Америка Құрама Штаттарында П ультра жоғары вакуумды экстремалдыдан бөлетін төмен қысым шегі Па. Вакуумдық режимдерді камерадағы газдардың кинетикалық қасиеттеріне сәйкес ажыратуға болады: егер l молекулалардың орташа еркін жүгірісі және D камера өлшемі ескерілсе, онда: Вакуумның жоғары деңгейінде (-тен -ге дейін) молекулалар негізінен камерамен соқтығысады, ал газдардың динамикалық режимі тұтқырлық іздерінсіз молекулалық болады мономолекулалық қабаттың пайда болу уақыты эксперименттің ұзақтығынан әлдеқайда үлкен болған кезде, вакуум деңгейі өте төмен (Торрдан Торрға дейін), бұл аймақта L D-ден әлдеқайда көп. Вакуумдық камераның дизайны арнайы материалдарды қолдануды қажет етеді. Біз жоғары вакуумдық жабдықта ағып кетуді анықтау үшін гелийді қолданамыз, өйткені ол қатты бөлшектер арқылы ауадан үш есе тез таралады. Пайдаланылған металдар олардың ұзақ өмір сүруіне, жоғары температураға төзімділігіне (бумен өңдеуге байланысты) және газдарды газсыздандыру мен жинақтаудың төмен қабілетіне байланысты таңдалады. Сондықтан тот баспайтын болат, әдетте, ультра жоғары вакуум режимі үшін таңдалады: алюминий мен көміртекті болат, олар әлі де жоғары вакуумда қолданыла алмайды, өйткені жылуға төзімділік пен шамадан тыс сәйкесінше газдарды ұстап тұру. Вакуумдық жабдықты жасау кезінде пайдаланылатын материалдарға қойылатын талаптардың бір бөлігі нақты шешілетін міндетпен анықталады және жоқ вакуум алу жағдайларына қатынасы мысалы, электрлік бөлшектердің өткізгіштігі немесе, керісінше, диэлектрлік қасиеттері, олардың әр түрлі сәулелену үшін мөлдірлігі, магнит өткізгіштігі және т. б. Бұл жүйеде қол жеткізуге болатын вакуум газдың түсу жылдамдығымен анықталатындықтан, қамтамасыз ету мүмкіндігі жеткілікті төмен ағып кету кейде жоғары вакуумдық жүйелерді құру үшін конустық материалдарды таңдаудағы басты критерий болып табылады. Бұл бұл тек газ өткізгіштігін шектеуді және пайдалану температурасында материал буларының қаттылығын ғана білдірмейді. Әдетте процесте жүйені декапитация оны жеткілікті жоғары қауырсын тақырыптарына дейін қыздыру керек, ал қолданылатын материалдар мұндай жылытуға төтеп беруі керек сипаттамалардың нашарлауынсыз (кем дегенде қайтымсыз). Сонымен қатар, материалдарды таңдау кезінде вакуумдық жүйенің тікелей әсер ететін бөліктерінің жылу кеңейту коэффициентінің (CTR) бөліктерін жиі ескеру қажет. Бұйымдар статикалық беріктікке ие болуы және атмосфералық қысымға, оның ішінде және жоғары температурада. Сонымен, материалдың маңызды сипаттамалары оның құны мен өңдеудің қарапайымдылығы болып табылады. Метал салыстырмалы түрде жақында, вакуумдық құрылғылардың көпшілігі және дулыға жүйелері әйнектен жасалған, бірақ қазіргі уақытта бір ауысымда әр түрлі металдар әйнекке келді. Калий, натрий және кадмийден басқа барлық дерлік таллдардың буларының икемділігі өте төмен. Мырыш, қорғасын және қалайы қыздырылған жүйелерде қолдануға болмайды. Өңделмеген (дәлірек айтқанда, стандартты өңдеу арқылы алынған) бетінде тотықтардың жеткілікті қалың және дамыған қабаты бар, олар адсорбцияланған газдың көп мөлшері (негізінен су бетіне байланысты) және жоғары бастапқы газ бөлінуі анықталады. Сондықтан вакуумның жоғары деңгейін алу үшін алдын-ала қажет беттік өңдеу-құмнан электрохимиялық қабатқа дейін сыртқы пеште алдын ала күйдіру немесе тікелей камерада бықсыған разрядпен ностальгиялық тозаңдату қолданылуы мүмкін. Нақты шешілетін мәселеге байланысты әртүрлі металдар қолданылады. Вакуумдық қабықтарды өндіруге арналған негізгі материал, және т. б. Тот баспайтын болат х18н10т. кәдімгі болаттан болаттар жоғары коррозияға төзімділігімен, ферромагниттілігімен ерекшеленеді, сондай-ақ сутегі диффузиясының төмен коэффициенті. Тот баспайтын Болат жақсы дәнекерленген (аргонда) және күміс, мыс, қалайы арқылы дәнекерленген. Басқа болаттар, әдетте, магнитопроод материалы ретінде және басқа да арнайы мақсаттарда қолданылады. Мыс (және негізінен оттегі жоқ мыс қолданылады) қымбатырақ, нашар ол өңделеді және оңай тотығады, оның оксидтері оңай бетінен қабыршақтайды. Алайда, мыс алынбалы қосылыстарда ауыстырылатын тығыздағыштар үшін қолданылады (термиялық тазартылған мыстың жеңіл деформасы қолданылады) және электрлік маңызды жерде өткізгіштік, ток өткізгіштер, толқын өткізгіш құрылымдар жасау үшін, электромагниттік резонаторлар, сондай-ақ дәнекерлеу кезінде. Жоғары қуатты резонаторларда және дәнекерлеу кезінде бұл қабырға да қолданылады, ал жоғары вакуумдық тығыздағыштар мен шамдар торлары үшін алтын қолданылады. Әинек диэлектрлік материалдардың ішінен әйнек ең көп қолданылады. Шыны меншігі арзан, өңдеудің қарапайымдылығы, химиялық пассивтілік, тіпті дайын емес бетінен де төмен газ шығару, төмен электрөткізгіштік, мөлдірлік. Кемшіліктері сынғыштық және күрделілік дәлме-дәл мөлшерін сақтау, сондай-ақ күрделілігі дайындау жиналмалы систем. Шыны кез-келген аморфты қосылыс деп атауға болады, бірақ іс жүзінде негізінен кремний тотығына негізделген әйнектер қолданылады, әдетте металл оксидтері бар, калий, натрий, бор, алюминий, қорғасын және т. б. Мұндай қоспаларды кремний қышқылының тұздары — ели Ката деп түсіндіруге болады: мысалы . Таза кремний оксиді деп аталады балқытылған кварц, оның Торы оттегі атомдары арқылы байланысқан раэдрлік топтарының жиынтығы болып табылады. Кристалдық кварц торымен салыстырғанда, балқытылған кварц торы аз реттелген (кристалда проекциядағы жасуша алтыбұрышты, мұнда ұяшықтағы атомдардың саны тұрақты емес). Металл атомдарын қосу осы тордың жасушаларын толтырады. Шыны түрлерінің әртүрлілігі олардың әрқайсысы белгілі бір қолдану үшін оптималды түрде қабылданатындығына байланысты. Шыны бор мен алюминий оксидтері (-ден Басқа) негізінде тығыз (қатты) және натрий және қорғасын оксидтерін қосу арқылы алынған оңай балқитын (жұмсақ). Алғашқылар үшін жұмсарту температурасы (шыны жіп салмағы бойынша деформацияланған) 500-800°C құрайды, екіншісі үшін 400-600°C, ал кварц әйнегі үшін-көп 1500°с. Вакуумдық техника үшін таза, модификацияланбаған кварц бірқатар себептер оңтайлы емес. Біріншіден, ол арқылы диф өте оңай-гелий негізін құрайды: сызықтық өлшемі қанша сантиметр емес және қабырғасының қалыңдығы ~1мм болатын кварц ыдысындағы қысым сорғы болмаған кезде ДДҰ бірнеше минут ішінде Торреге дейін ериді. Егер кемеден жасалған кезде қатты әйнек қолданылса, мұндай қысым қанша күннен кейін орнатылады; жұмсақ әйнек үшін бұл процесс бірнеше жылға созылады. Кварц арқылы гелийдің жеңіл дифузиясы оның крем-оттегі торының үлкен мөлшеріне байланысты, олар жұмсақ әйнектер үшін толтырылады металл атомдары. Екіншіден, кварцты жоғары деңгейге байланысты өңдеу қиын балқу температурасы. Нәтижесінде кварц әйнегі тек қолданылады жоғары температурада жұмыс істейтін құрылғыларда немесе, УК саласындағы мөлдірлік қажет болған кезде. Жұмсақ әйнектерде кемшіліктер бар. Біріншіден, оларды жылытуға болмайды жұмсартуға байланысты 350°C-тан жоғары. Екіншіден, тіпті төмен температурада болса да, әйнектің жарылу қаупі бар, әсіресе гетерогенді қыздыру немесе басқа материалдармен дәнекерлеу кезінде, мұндай көзілдіріктердің жылу кеңейту коэффициентінің үлкен мәндеріне байланысты (~70-120· K-1; у ауыр әйнектер, мысалы, КТР екі есе төмен, ал кварц 5,5·K-1). Сонымен қатар, құрылғы бөлшектерін дайындағаннан кейін әйнекті салқындату кезіндетемпературкернеулері қатып, кейіннен-бұл бөлшектердің өздігінен бұзылуына әкеледі. Үшін аталған қауіпті жою үшін температураның мұқият бақыланатын төмендеуі кезінде ұзақ күйдіру қажет. Осы себептер бойынша натрий және басқа да жұмсақ әйнектер тек сериялық өндірісте қолданылады, егер сіз технологиялық процестерді қатаң сақтауға кепілдік бере алсаңыз процестер. Зертханалық тәжірибеде негізінен қатты әйнектер қолданылады, олар молибден мен ковармен КТР арқылы жылтыратылған. Қалдық тері кернеулерінің әсері қалады, бұл күрделі проблеманы тудырады қолмен жұмыс жасау, әсіресе температура градиенттерін жоғары білу қажет болса (мысалы, құрылғының бір бөлігін батыру сұйық азот). Балқытылған кварцтан жасалған терезелерді немесе түтіктерді қолдану қажет болған кезде оларды КТР мәні артып келе жатқан 4-5 әйнектен тұратын өткел арқылы шыны бөлшекпен түйістіреді. Диффузиялық насос диффузиялық сорғы-диффузиялық сорғының жұмыс принципі. Мұнай диффузиялық сорғының негізгі артықшылықтары. Диффузиялық Вакуумдық және паром-май сорғыларының қолданылу аясы. Диффузиялық сорғы-бұл басқа вакуумдық қондырғыларда жиі қолданылатын бу-ағынды технологияны негіздейтін механизм. Мұндай сорғылардың бастыайырмашылығы-жүйе ішіндегі диффузияның пайда болуына тікелей байланысты молекулаларды ұстап алу принципі. Жүйе сұйықтықтың бірнеше түрімен жұмыс істей алатындығына байланысты мұндай жабдықтың екі категориясы бөлінеді. Паром және бу турбиналық сорғылар. Құрылғылардың екі санаты да шекті қалдық қысымда жұмыс істейді, бұл осы механизм қандай ортада қолданылатынына қарамастан, шынымен жоғары өнімділікке қол жеткізуге мүмкіндік береді. Диффузиялық сорғының дизайны Корпус барлық басқа компоненттерді орналастырады. Жұмыс камерасы барлық негізгі процестер жүретін бос көлем. Супер зарядтағыштар-жоғары өнімділікке қол жеткізу үшін қысым деңгейін шекті деңгейге жеткізуге мүмкіндік береді. Салқындату жүйесі жүйенің ауыр жүктеме кезінде қызып кетуіне жол бермейді. Компрессор-қамтамасыз етеді, барлық жұмыс процестері көп мөлшерде ауа және белсенді қатысады, вакуум қалыптастыру. Бу генераторы жүйенің ішіндегі бу көрсеткіштерін бақылайды және қысым көрсеткіштерін жоғарылату үшін оны түрлендіруге көмектеседі. Тағы бір маңызды мәселе диффузиялық типтегі сорғыларда майды қолдану. Сондай-ақ, өзіңіз үшін осындай жабдықты таңдау керек. Диффузиялық сорғылар жағдайында келесі майларды қолдануға болады. Кремний-органикалық май-мұндай майлар полимерлердің көптігімен ерекшеленеді. Осының арқасында жүйе бірнеше есе тұрақты болады, өйткені жұмыс процесінің ең кішкентай ақауларын болдырмас үшін барлық элементтер көп майланған. Минералды май - мұндай майлар көбінесе -дан градусқа дейінгі температура диапазонында қолданылады. Термиялық тұрақтылық туралы айтатын болсақ, бұл жерде май ерекше ештеңе көрсете алмайды. Бірақ мұндай майлар бөлшектердің тозуын болдырмауда өте жақсы. (ВМ-2, ВМ-5 және т.б.). Эфирлер-бұл зерттеу бағыттарында жиі қолданылатын біртекті зат. Ірі кәсіпорындар жағдайында немесе үйде мұндай майлар тұрақсыз молекулалық құрамына байланысты өте сирек қолданылады. Жоғарыда айтылғандардың бәріне сүйене отырып, майларды таңдауға да назар аудару керек деп сенімді түрде қорытынды жасауға болады. Өйткені, бұл тек өнімділікке ғана емес, сонымен қатар вакуумдық жабдықтың ұзақ мерзімділігіне де байланысты. Диффузиялық сорғының жұмыс принципі Бұл қымбат қондырғыларды таңдаудағы маңызды аспектілердің бірі. Өнімділік көрсеткіштері, құрастыру сапасы және құны қандай болса да, сатып алушы бірінші кезекте жұмыс принципін қарастырады. Диффузиялық типтегі сорғылар жағдайында механизм өте қызықты. Диффузиялық сорғының жұмысы кезіндегі әрекеттер тізбегі. Бастапқыда сұйықтықтың температурасы көтеріледі. Бұл ішкі жылытқыштың белсенді жұмысына байланысты. Қыздыру процесінде пайда болатын бу тікелей бу құбырына жіберіледі. Бұл ағынның бағыты үшін қолшатыр түріндегі қақпақ жауап береді, ол буды келесі бөлімге бағыттайды. Бу жоғары қысымды аймақтан өткеннен кейін, ол төмен қысымды ортада болады, сондықтан бу одан кеңейеді. Жылдамдықтың таралуы сорғының өзі қандай жұмыс сатысына байланысты да өзгереді. Шын мәнінде, бұл осындай қондырғылардың жұмысындағы төрт негізгі қадам. Сондай-ақ, маңызды емес процестер бар. Дегенмен, олар біз бұрын айтқан негізге қосымша болып табылады. Тағы бір маңызды мәселе қолайлы диффузиялық сорғыны таңдау. Әрі қарай, сізге сәйкес келетін нәрсені іздеуде сорғылардың әртүрлі модельдерін әлі де тексеруге тура келеді. Диффузиялық вакуумдық сорғы. Енді біз диффузиялық вакуумдық сорғыны таңдау керек критерийлерді қарастырамыз. Өндіруші егер біз осындай қымбат қондырғылар туралы айтатын болсақ, онда сіз өзіңізді дәлелдеген өндірушінің өнімдерін таңдауыңыз керек. Бұл өнімнің құнды екендігіне және оны бұзылудан қорықпай қолдануға болатындығына ең жақсы кепілдік. Құрастыру сапасы-сондай-ақ, қондырғыда ешқандай Бос орындар, жарықтар мен ағып кетулер болмауы керек. Мұны дүкенде тексеру керек. Ақша үшін құндылық – сорғы тым арзан болмауы керек. Орташа баға сегментінен осындай қондырғыларды таңдаған дұрыс. Жабдықтау және кепілдік-сорғымен бірге сіз қосымша жабдықтардың толық жиынтығын, соның ішінде кепілдікті де алуыңыз керек. Егер бірдеңе жеткіліксіз болса, онда бұл мұндай жүйені сатып алудың қажеті жоқ екенін көрсетеді.Орнатылған салқындату жүйесі-жүйеде мүмкіндігінше қымбат салқындату жүйесін орнатқан жөн. Бұл сізге максималды жүктеме кезінде жүйенің қызып кетуіне жол бермейтініне қосымша кепілдік береді. Диффузиялық вакуум-бұл сирек кездесетін процесс, оны әдеттегі вакуумдық сорғыларда жиі кездестіруге болмайды. Мұндай вакуумның пайда болуы әлдеқайда көп уақытты алады, өйткені көптеген механизмдер қатысады. Ішінара, бұл үрлеушінің міндеті, бірақ супер зарядтағыштар да маңызды рөл атқарады. Диффузиялық. Олардың жұмыс істейтін заты-сынап немесе май. Қыздырғаннан кейін сынап буы түтіктерге көтеріліп, газ молекулаларын алып кетеді. Алайда, бұл жеткіліксіз, сондықтан сирек кездесетін ортаны құру үшін алюминийогельмен толтырылған тұзақтар қосымша қолданылады. Бұл құрылғылар газдардың барлық түрлеріне тиімді, бірақ оларға үнемі техникалық қызмет көрсету қажет[4,5]. Вакуумның дәрежесі Жүйенің қысым мөлшері вакуум дәрежесін жіктеудің дәстүрлі сипаттамасы болып табылады. Қазіргі уақытта вакуум жалпы термині атмосфералықтан қысымға дейінгі диапазонда қысымы бар, атмосфералықтан 19 реттік төмен кез келген облысқа қатысты. Ыңғайлы болу үшін бұл кеңейтілген қысым диапазоны вакуум дәрежесін білдіретін бірнеше аралыққа бөлінеді. Атмосфералық қысымнан төмен қысым шамаларының бұл бөлімі біршама ерікті болып табылады және әр дәреже үшін қысым шамалары шегінде пайда болатын әртүрлі физикалық құбылыстарды белгілеудің ыңғайлы әдісін білдіреді. Вакуумды қолданудың көптеген өнеркәсіптік түрлерін вакуум дәрежесіне қарай жіктеуге болады. Молекулалық концентрация-көлем бірлігіндегі газ молекулаларының орташа саны;Газ молекулаларының бос жолының орташа ұзындығы-молекуланың басқа молекулалармен қатарынан екі соқтығысу арасындағы орташа қашықтық;Мономолекулалық қабаттың пайда болу уақыты - таза бетті бір молекуланың қалыңдығы газ қабатымен жабу үшін қажет уақыт. Бұл уақыт ықшам мономолекулалық қабатты (шамамен 8x1014 молекула/) қалыптастыру үшін қажетті молекулалар санының қатынасы және молекулалардың бетіне әсер ету жиілігі арқылы анықталады. Қысым функциясы ретінде осы шамалар арасындағы қатынасты көрсетеді. Жоғарыда келтірілген анықтамаларды қолдана отырып, вакуумның әртүрлі деңгейлерін сипаттайтын физикалық процестерді сипаттауға болады[6]. 2.ЖҰҚА ПЛЕНКАЛАРДЫ АЛУ ӘДІСТЕРІ
Пленканы қолдану процесінің негізгі қатысушылары-бірқатар талаптарды қанағаттандыруы керек кристалды субстрат (мысалы, ондағы өнімнің эпитаксиалды өсу мүмкіндігі) және мақсатты өнімнің немесе бастапқы компоненттердің бу көзі (содан кейін субстратқа жауын-шашынмен бірге химиялық реакция пайда болады). Жоғары сапалы жұқа пленкаларды алу-күрделі көп параметрлі міндет. Процестің негізгі басқару параметрлері ретінде субстраттың кристаллографиялық бағытын және оның бетінің сапасын, субстраттың температурасын, пленканы қолдану жылдамдығын көрсету керек, бұл будың қанықтылығына да, реактордың газ-динамикалық сипаттамаларына да байланысты. Үшін құрылған қақпақ бетінде твердотельной төсеніштерге, бөлшектер осаждаемого материалды тиіс пролететь арқылы ортаға-тасушы және кіруге тікелей байланыс сольвентті. Бетіне түскеннен кейін бөлшектердің едәуір бөлігі оған адсорбциялануы керек немесе бетімен химиялық реакция нәтижесінде бетінде қалатын жаңа қосылыс түзілуі керек. Бұл бөлшектер атомдар, молекулалар, атом иондары, иондалған молекулалар немесе зарядталған да, зарядталмаған да материалдың кішкене бөліктері болуы мүмкін. Тасымалдаушы орта қатты, сұйық, газ немесе вакуум болуы мүмкін. Осылайша, жауын-шашын процестерін сипаттауға болады׃ Орта-тасымалдаушы (қатты,сұйық, газ тәрізді, вакуум). Тұндырылған бөлшектердің түрі (атом, молекула, ион, материалдың ұсақ түйірлері). 4 суретте көрсетілгендей Тұндырылатын материалды тасымалдаушы ортаға енгізу әдісі (материалды араластыру немесе еріту. 4-сурет. Коалесценция кезінде және одан кейін алтынның біртіндеп өсіп келе жатқан электронды микрофотографиялары Араластырылған материалды тұнба түрінде енгізу, булану, электрод-көз бетіндегі электрохимиялық реакция, оның бетін бөлшектермен бомбалау). Субстрат бетіндегі Реакция (материалдың конденсациясы, субстрат бетіндегі тұндырылған компоненттердің химиялық реакциясы, сұйық тасымалдаушының булануы, бетіндегі электрохимиялық реакция, имплантация). Тұндырылған бөлшектерді көзден субстратқа беру механизмі (еркін ұшу, газдағы диффузия, сұйықтықтағы диффузия). Жұқа пленкалар-бұл нанометрдің қалыңдығынан заттың қабаттары атомдық кристалл құрылымының, магниттік, электрлік және басқа физикалық қасиеттердің бірқатар ерекшеліктері бар бірнеше микрометр. Олар кристалдың ең жоғарғы атомдық қабаттарын, яғни қалыңдығы бірнеше нанометрді білдіреді. Бұл жағдайда бетінің болуы терең жатқан қабаттардың қасиеттеріне әсер етуі мүмкін. Қатты заттардың қасиеттерін көптеген жағдайларда сипаттауға болады атомдардың кристалдардағы орналасуы жиілікке ие екендігі үш өлшемде беттің пайда болуы осы периодты бұзады. Сонымен қатар, өте кішкентай бөлшектер пайда болған жағдайда период үш өлшемде бұзылуы мүмкін. Соңғы жылдары қатты ғылыми және технологиялық зерттеулердің мұндай бағыттары дамуда нано ғылым және нанотехнология сияқты. Бұл бағыттар қарастырылады жаңа өнеркәсіптік революцияның негізі ретінде. Осыған байланысты жұқа пленкалар, әсіресе наноқұрылымды жұқа пленкалар қазіргі заманғы техникада өте маңызды рөл атқарады. Олардың ғылыми техникалық прогрестің маңызы өте зор. Олар IP-ны ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында қолданады, мысалы күн энергиясын түрлендіруге арналған қорғаныс жабындарының сапасы электр, аса өткізгіш аспаптарда, интегралдық және функциялық микро - және наноэлектроникада, компьютерлік техникада, медици, фармокологияда, ауыл шаруашылығында және жұқа пленкалар-бұл конденсацияланған заттардың ерекше түрі. Бұл олардың қалыптасу процесінің ерекшелігіне байланысты жұқа пленкалар молекулалық немесе атомдық ағындардың конденсациясы арқылы алынады. Атом бөлшектерін (иондарды) жұқа қабатқа енгізу жолымен беттік қабат, химиялық вакуумды тұндыру, лазерлік абляциямен және т.б. Бетіне тұндыру арқылы жұқа қабықшалардың пайда болуы бірнеше процестерді қамтиды, атап айтқанда: заттың қатты немесе сұйық болуы мүмкін конденсацияланған фазадан газ тәрізді фазаға ауысуы, кеңістіктегі зат буларының буландырғыштан субстратқа ауысуы (әдетте) заттың буының конденсациясы қасыққа жеткенде. Алғашқы екі процесс әртүрлі әдістер үшін айтарлықтай ерекшеленед жұқа пленкаларды алу және әр қолдану үшін бөлек қарастырылады. Мұнда кон денсациясына тән жалпы аспектілерді қарастырамыз. Жұқа пленкаларды алу әдістері өте алуан түрлі, металдар мен қорытпалардың электролиттік жауын-шашыны, субстратқа кейінгі конденсациямен вакуумдық булану, нысанды катодтық бүрку, ерітінді-балқымадан өсіру, газ тасымалдау реакциясы әдісі, иондық плантация және т. б. жұқа қабатты вакуумдық технологияда кеңістікті екі түрге бөлуге болатын әдістер ең көп болды. бірінші топтағы негізгі әдіс-жылу әдісі вакуумдық шашырау. Бұл әдіс қарапайым және жоғары тұндыру жылдамдығымен сипатталады. Әдістің мәні - вакуумдағы затты атомдардың кинетикалық энергиясы болатын температураға дейін қыздыру ал заттың молекулалары оларды бетінен бөліп алу үшін жеткілікті болады нысана және нысанаға дейінгі кеңістіктегі қозғалыстар. Бұл келесідей болады заттың меншікті буының қысымы бірнеше реттік қалдық газдардың қысымынан асатын температура. Бұл жағдайда атом ағын тікелей таралады және бетіне соқтығысқан кезде буланған атомдар мен молекулалар оған конденсацияланады. Бұл әдістің басты артықшылығы-оның қарапайымдылығы, тұнбасы және жауын-шашынның жоғары жылдамдығы, бұл оның жұқа қабатты технологияда кеңінен қолданылуына әкелді. Алайда, Жылу вакуумдық булану әдетте 1800к дейінгі температурада жеткілікті өзгеретін металдарды буландыру үшін қолданылады.әдетте, гетерогенді химиялық құрам әсіресе және жеткіліксіз тұрақтылық. Иондық-плазмалы тозаңдану. Пленкаларды жағудың ионды-плазмалық әдісі катодтық бүркуден ерекшеленеді, өйткені шашырату бықсыған разрядта пайда болатын иондармен емес, арнайы иондық көзден иондардың күшті шоғырымен жүргізіледі. Ионды-плазмалық бүркудің үлкен артықшылығы оның әмбебаптығы болып табылады. осы әдісті пайдалана отырып, болады распылять ретінде қиын балқитын металдар, напри шараларын, вольфрам, сондай-ақ әр түрлі қорытпалар олардың құрамы. Пленкалар күрделі композицияны бірнеше тәуелсіз нысандарды бір уақытта шашырау арқылы жасауға болады. Бұл ретте әр қайсысынан шашырау жылдамдығы нысаналарды бір біріне тәуелсіз реттеуге болады. Магнетронды шашырау. Пленканы қолданудың бұл әдісі ионды-плазмалық тозаңданудың одан әрі дамуы. Ол нысананың бетін иондармен бомбалау есебінен материалдың тозаңдануына негізделген қалыпты емес плазмада түзілетін жұмыс газы (әдетте аргон) бықсыған разряд. Жұмысшының иондану тиімділігін арттыру үшін және катод-нысана бетінің үстінде тығыз плазма аймағын құру разряд электрлік және магниттік біркелкі емес қиылысуларда пайда болады шеттер. Қарастырылған әдістердің ішінде бұл әдіс кеңірек қолдану мүмкіндіктері және ең перспективалы болып табылады. Магнетонды шашырату тұрақты және белдік тогында да жүзеге асырылуы мүмкін[7]. 2.1 Вакуумдағы термиялық булану Қыздыру температурасына байланысты барлық заттар үш фазалық (агрегаттық) күйлердің бірінде болуы мүмкін: қатты, сұйық немесе газ бу буланудың шартты, іс жүзінде белгіленген температурасы заттың қаныққан буының қысымы шамамен 1,3Па болатын температура болып саналады. Кейбір заттардың балқу температурасынан төмен булану температурасы бар. олар қатты күйден өте қарқынды буланып кетеді. Сұйық фазаны айналып өтіп, заттың қатты күйден буға ауысу процесі сублимация (сублимация) деп аталады. Буландырғыштан энергиямен субстратқа ауыса отырып, молекула субстратпен соқтығысқан кезде оған энергияның бір бөлігін береді. Молекула өз энергиясының басқа бөлігін субстрат бетіндегі көші-қонға жұмсайды, біртіндеп осы энергияны жоғалтады және субстратпен жылу тепе-теңдігіне ұмтылады, сонымен бірге субстрат бойымен молекуланың көші-қоны потенциалдық өрісте жүреді, оның рельефі түйнектер мен шұңқырлардың болуымен сипатталады және байланыс күштерінің таралуын білдіреді (Ван дер-күш,Ваальса) субстрат бетінде. Көші-қон процесінде келесі нәтижелер мүмкін: 1) қозғалыс жолында потенциалды шұңқырды кездестіре отырып (субстратпен күшті байланыс), молекула артық энергияны жоғалтады және субстратқа бекітіледі (конденсацияланады), кристалдану орталығына айналады; 2) қозғалыс жолында потенциалды туберкулезді кездестіріп (субстратпен әлсіз байланыс) және жеткілікті артық энергияға ие молекула субстратты қалдырады (реиспарация); қозғалыс жолында басқа қоныс аударатын молекуланы кездестіре отырып, ол онымен күшті (металл) байланысқа түседі, нәтижесінде топтың қозғалғыштығы және оның десорбция ықтималдығы айтарлықтай төмендейді. Молекулалардың жеткілікті үлкен бірігуімен мұндай топ қоныс аудару қабілетін толығымен жоғалтады және субстратқа бекітіліп, кристалдану орталығына айналады.Жеке кристалдану орталықтарының айналасында кристалдардың өсуі жүреді, олар кейіннен бірге өсіп, үздіксіз пленка түзеді. Субстраттың температурасының жоғарылауы басқа өзгермейтін жағдайларда адсорбцияланған молекулалардың энергиясын арттырады, потенциалды шұңқырларда жалғыз молекулалардың десорбция ықтималдығы артады. Осылайша, молекулалардың үлкен топтық түзілімдері ғана тұрақты бола алады. Субстраттың жеткілікті жоғары температурасында (критикалық деп аталады) қайта булану ықтималдығы бірлікке тең болады және конденсация болмайды. Булану жылдамдығының жоғарылауымен субстраттың критикалық температурасы жоғарылайды, ұсақ кристалды пленканың пайда болу ықтималдығы аморфқа дейін артады. Булану процесі және қолданылатын пленкалардың сапасы көбінесе резистивті немесе катодты сәулелік қыздыруы мүмкін буландырғыштардың түрі мен дизайнымен анықталады.термиялық булану әдісі Резистивті қыздыру-бұл электр тогының өтуі кезінде жоғары электр кедергісі бар электр өткізгіш денені қыздыру. Резистивті қыздырудың артықшылықтары-жоғары тиімділік, жабдықтың төмен құны, жұмыс қауіпсіздігі және шағын өлшемдер. Резистивті қыздыруы бар буландырғыштарды қолдануды шектейтін факторлар қолданылатын пленканы жылытқыш материалымен ластау мүмкіндігі болып табылады, сонымен қатар жылытқыштың қартаюына (бұзылуына) байланысты аз жұмыс ресурсы, оны мезгіл-мезгіл ауыстыруды қажет етеді. Әр түрлі дизайн нұсқаларының осы түрінің буландырғыштары буланатын затты тікелей немесе жанама қыздырумен болуы мүмкін. Буландырғыштарды дайындау үшін пайдаланылатын материалдар мынадай талаптарға жауап беруі тиіс буланатын заттың температурасы кезінде буландырғыш материалының булануы шамалы болуы тиіс. Жақсы жылу байланысы үшін буландырғыш материалды балқытылған буландырғышпен жақсы ылғалдандыру керек, буландырғыш материал мен буландырғыш зат арасында ешқандай химиялық реакциялар болмауы керек, өйткені бұл қолданылатын қабықшалардың ластануына және буландырғыштардың бұзылуына әкеледі. Тікелей қыздырылатын буландырғыштарда бірнеше ондаған ампер тогы тікелей буланатын материал арқылы өтеді. Буланудың бұл әдісін тек сублимациялық материалдар үшін 5-сурет. Вакуумдық булану бөлігінің схемасы пленкаларды алуға арналған қондырғылар: 1-субстрат, 2-буланған қорытпасы бар қайық, 3-маска, 4 - пленка, 5 - жылытқыш, 6-вакуумдық корпус,Камералар қолдануға болады, яғни балқу температурасы булану температурасынан жоғары металдар. Бұл буландырғыштардың басты артықшылығы қыздырылған элементтер мен буланған металл арасында жылу байланысының болмауы, бұл қолданылатын пленканың жоғары тазалығын қамтамасыз етеді. Алайда, олар буланудың төмен жылдамдығын қамтамасыз етеді, материалдың аз мөлшерін буландыруға мүмкіндік береді, оны тек таспа немесе сым түрінде қолдануға болады, сонымен қатар диэлектриктер мен көптеген металдардың булануына жол бермейді. Жанама резистивті қызуы бар буландырғыштар Жанама жылытуы бар буландырғыштар, онда буланатын зат жылытқыштан жылу беру арқылы қызады, өйткені олар өткізгіш және өткізгіш емес материалдарды ұнтақ, түйіршіктер, сымдар, таспалар және т. б. түрінде буландыруға мүмкіндік береді, бірақ сонымен бірге буландырғыштың қыздырылған бөліктерімен байланысқа, сондай-ақ қыздырғыш материалдың булануына байланысты. аз тұндырылады таза пленкалар. Жанама жылытуы бар буландырғыштың пішіні буланатын материал орналасқан агрегаттық күйге байланысты болғандықтан, олар сым, таспа және қылшық болып бөлінеді. Бұл әдіс металды немесе қорытпаны вакуумда буландырудан және оның буларын пластинаның (субстраттың) бетіне конденсациялаудан тұрады. Пленкалардың сапасы мен беріктігі көбінесе субстраттың тазалығына байланысты. Сондықтан субстраттың беті алдын-ала жылтыратылып, мұқият тазаланады. Көбінесе бүрку кезінде субстрат арнайы жылытқыштың көмегімен 100-3000 температураға дейін қызады. қыздырылған субстратпен пленкадағы ішкі кернеулер ішінара алынып, оның субстратқа адгезиясы жақсарады. Субстраттар әйнектен, кварцтан, слюдадан және магниттік емес металдардан жасалуы мүмкін. Кейбір жағдайларда субстрат ретінде NaCl ас тұзы кристалдарының чиптері қолданылады. Вакуумдағы металдар мен қорытпалардың термиялық булануы арқылы жұқа магниттік пленкаларды алуға арналған қарапайым қондырғы күріш көрсетілген. Cубстратқа тұндырылуы керек қорытпа немесе металл 2 буландырғышқа орналастырылады. Бұл жағдайда ол вольфрам сияқты отқа төзімді металдан жасалған қайық түрінде болады. Электр тогы бастапқы материал ери бастайтын жеткілікті жоғары температураға жеткенше қайық арқылы өтеді. Атом сәулесі түрінде балқытылған металдан жасалған булар қайықтан таралып, 1-ші субстратқа түсіп, оның бетіне түсіп, жұқа пленка (вакуумдық конденсат) түрінде қабат түзеді. Егер субстрат 3 тесіктері бар табаққа (маскаға) алдын-ала орналастырылса, мысалы, дөңгелек болса, онда конденсация процесінде субстратта дөңгелек дақтар түрінде, яғни маскадағы тесіктердің пішініне сәйкес пішінді пленкалар пайда болады. Осылайша, 3 маскасын қолдана отырып, сіз пленкаларға әртүрлі өлшемдер мен пішіндер бере аласыз. Бүкіл жүйе 6 вакуум камерасына орналастырылған, жеткілікті жоғары вакуумға дейін сорылған. Вакуум металл атомдары субстратқа қарай қозғалғанда қалдық газ молекулаларына тап болмайтындай болуы керек, яғни олардың траекториялары түзу болуы керек. Бұл жағдай камерада 10-5 мм сынап бағанасының қысымы пайда болған кезде орындалады. Бұл жағдайда буландырғыштан субстратқа дейінгі қашықтық газ молекулаларының орташа бос жүру ұзындығымен салыстырғанда аз және металл атомдарының көп бөлігі қалдық газ молекулаларымен соқтығыспай субстратқа жетеді. Мұндай вакуумды қарапайым зертханалық вакуумдық қондырғыдан алу оңай. Буларды субстратқа тұндыру кезінде металл атомдары бу фазасынан конденсацияланған күйге ауысады. Қарастырылған әдіс әртүрлі қалыңдықтағы пленкаларды алуға мүмкіндік береді. Ол конденсация жылдамдығының немесе уақытының өзгеруімен реттеледі. Пленкалардың қалыптасу процесіне бірнеше факторлар әсер етеді, олардың ішіндегі ең маңыздысы субстраттың температурасы. Осы температураға байланысты әртүрлі конденсация механизмдері жүзеге асырылуы мүмкін, олар пленкалардың құрылымдық күйін және магниттік қасиеттерін анықтайды. Атап айтқанда , субстраттың температурасы 200-ден 5000С-қа дейін көтерілгенде, ферромагниттік ортаның қанығуы жүретін магнит өткізгіштігінің және сыртқы HS магнит өрісінің шамасының айтарлықтай өзгеруі байқалады. Әрбір механизмді жеке-жеке талдамай, олардың біреуін қарастырыңыз, мысалы, сұйық кристалл буының конденсация механизмі, ол субстраттың температурасы белгілі бір критикалық температурадан жоғары болған кезде жүзеге асырылады[8]. 2.2 Катодты шашырау Катод пен анод арасындағы электр өрісі катодтан фотоэмиссия, автоэлектрондық (өріс) эмиссия, ғарыштық сәулеленудің әсері немесе басқа себептер нәтижесінде электрод кеңістігінде пайда болатын электрондарды тездетеді. Егер электрондардың энергиясы жұмыс газының молекулаларының иондану энергиясынан асып кетсе, онда электрондардың газ молекулаларымен соқтығысуы нәтижесінде газ разряды пайда болады, яғни газ шығаратын плазма пайда болады. Электронның газды иондау үшін қажетті энергияны алуы үшін ол бос жүрістің ең аз қажетті ұзындығын қамтамасыз етуі керек. Тек осы жағдайда соқтығысусыз қозғалатын электрон өзінің энергиясын қажетті мөлшерге дейін арттыра алады. Алайда, егер электрондардың бос жүрісінің ұзындығы катод пен анод арасындағы қашықтыққа салыстырылатын болса, онда электрондардың негізгі бөлігі жұмыс газының молекулаларымен соқтығыспай интерэлектродтық кеңістікке ұшады. Газ разрядты плазма сөнеді. Бұл екі фактор камерадағы газ қысымының төменгі және жоғарғы шегін анықтайды. Газ разрядынан пайда болған плазма электрондардан, иондардан және жұмыс газының бейтарап молекулаларынан тұрады. Электр өрісінің әсерінен иондар тездетіліп, нысана катодын бомбалайды. Егер иондардың энергиясы нысана атомдарының байланыс энергиясынан асып кетсе, онда ол шашырайды. Нысананың бетінен атомдарды шығарудан басқа, иондар одан екінші электрондарды (екінші электронды эмиссия) шығара алады. Бұл екінші электрондар жұмыс газының молекулаларын жеделдетеді және иондайды; нәтижесінде пайда болған иондар нысанды бомбалап, екінші электронды эмиссияны тудырады және процесс қайталанады. Газ разрядты плазма арқылы өтетін токтың жоғарылауымен иондық ағынның тығыздығы және мақсатты бүрку қарқындылығы артады. Нысананың салқындату жағдайларына байланысты ағынның белгілі бір тығыздығымен термоэлектрондық эмиссия пайда бола бастайды. Разрядтағы ток артады, ал разрядтың өзі тәуелсіз болады, доғалық разряд сипатына ие болады. Дербес бықсыған разрядтың доғалы жоғары вольтті қоректендіру көзіне ауысуын болдырмау үшін қуаты бойынша шектеулер болуы, ал нысана қарқынды салқындауы тиіс. Субстратта алынған пленканың тазалығын арттыру үшін иондық плазмалық шашырау процесі жұмыс газының мүмкіндігінше аз қысымымен жүргізілуі керек. Алайда, жоғарыда айтылғандай, қысымның төмендеуі электрондардың бос жүруінің үлкен ұзындығында олардың жұмыс газының атомдарымен соқтығысу ықтималдығы шамалы болып, газ разрядының сөнуіне әкеледі. Сондықтан камерадағы разрядты ұстап тұру және төмен қысымда мақсатты шашыратуды қамтамасыз ету үшін арнайы шаралар қажет[9]. 6-сурет. Катодты шашырауға арналған орнату схемасы: 1-камера, 2-катод, 3-анод, 4-субстрат, 5-оқшаулағыш, 6-экран 6 суретте. көрсетілген катодты шашыратуға арналған қондырғының дизайны. 6 сурет 1÷10Па қысыммен жұмыс істейтін газды (әдетте аргонды) енгізетін 1 газ шығаратын камерадан тұрады 2 катод, бүріккіш нысана ретінде қызмет етеді; 3 анод және оған бекітілген субстрат 4. Анод пен катод арасында тұрақты кернеу бірнеше киловольт көлемінде беріледі, бұл электраралық кеңістікте кернеулігі 0,5кВ/см болатын электр өрісінің пайда болуын қамтамасыз етеді.Анод Жерге тұйықталған, ал катодқа теріс кернеу 5 изолятор арқылы беріледі. Камераның шыны қақпағының ластануын болдырмау үшін 6 экраны катодқа жақын бекітіледі[10]. 2.3 Жоғарғы жиілікті шашырау Жоғары жиілікті және реактивті ионды бүрку үшін әдеттегі диод және магнетрон жүйелері қолданылады.Диэлектрлік қабықшаларды қолдану қажет болған кезде жоғары жиілікті бүрку қолданыла бастады. Алдыңғы тарауда Шашыратылған зат металл деп болжалды. Бұл жағдайда нысанаға тиген жұмыс газының иондары бейтараптандырылады және жұмыс камерасының вакуумдық көлеміне қайтарылады. Егер шашыратылатын материал диэлектрик болса, онда оң иондар бейтараптандырылмайды және теріс потенциал берілгеннен кейін қысқа уақыт ішінде олар оның бетінде оң заряд түзіп, нысана қабатымен жабылады. Бұл зарядтың өрісі теріс потенциалдың астындағы бастапқы нысана өрісін өтейді және одан әрі бүрку мүмкін болмайды, өйткені иондар разрядтан, бірақ нысанаға тартылады. 7-сурет Кернеудің теріс (а) және оң (б) жартылай айналымдары кезінде жоғары жиілікті тозаңдату схемалары Диэлектрлік нысананың шашырауын қамтамасыз ету үшін оның бетіндегі оң зарядты жоғары жиілікті (жж) айнымалы потенциалмен бейтараптандыру қажет. Бұл жағдайда диодтық жүйе болып табылатын бүрку жүйесінде (7 сурет а, б) 1 экранмен қоршалған 2 катодпен (вакуумдық камера анод ретінде қызмет ете алады) келесі процестер жүреді. Оң бағанның 4 плазмасында иондар мен электрондардың тең саны болғандықтан, теріс жартылай период кезінде нысананың ауыспалы поляризациясы кезінде (7 сурет, а) ол 3 иондарын тартады. Жеделдетілген иондар диэлектрлік нысанды бомбалайды және шашыратады, сонымен бірге оған заряд береді. Бұл жағдайда нысана оң зарядты жинайды және бүрку қарқындылығы төмендей бастайды. Оң жарты толқын кезінде (7 сурет, б) нысана электрондарын тартады, олар иондардың зарядын бейтараптандырады, оларды 6 молекулаларына айналдырады. Келесі теріс және оң жарты кезеңдерде процестер қайталанады және т. б. өнеркәсіптік қондырғыларында шашырату радиобайланыс диапазонында болатын жалғыз рұқсат етілген 13,56 МГц жиілігінде жүргізіледі. Сондықтан кейде радиожиілік деп аталады.Реактивті бүрку химиялық қосылыстардың (оксидтер, нитридтер) пленкаларын қолдану үшін қолданылады. Қажетті химиялық қосылыс Шашыратылған мақсатты материалды және жұмыс орнын таңдау арқылы алынады[11]. 2.4 жұқа пленкасы. Сол-гель әдісі бойынша пленкаларды дайындау кезінде титан гидроксиді түзіледі O, оның тұндыру жағдайларына байланысты титанмен байланысты oh топтарының ауыспалы саны болуы мүмкін. Аморфты күйдегі титан диоксидін тазарту кезінде алдымен анатаза пайда болады (бұл жағдайда oh топтары ішінара алынып тасталады), содан кейін рутил. Аморфты күй қышқыл ортаға қарағанда сілтілі ортада ұзақ сақталады, өйткені қышқыл ортада ол баяу төмендейді. Рутилдің массасы суды кетіруге байланысты анатаздың массасынан аз. Бұл жұмыста біз құрылымдық, морфологиялық және оптикалық қасиеттері туралы хабарлаймыз электрофоретикалық тұндыру әдісімен синтезделген жұқа қабықшалар. пленкасы легирленген фтор қалайы оксидінде (SnO F, яғни FTO) қаба түзеді және күн батареясының бояғышында (DSC) фотоэлектрод ретінде қолданылады. Толқын ұзындығы 200-ден 800нм-ге дейінгі спектроскопиялық эллипсометриялық өлшеулерді қолдана отырып, біз қалыңдығын аламыз пленка 70-тен 80нм-ге дейін. Рентгендік дифракция мен атомдық күш микроскопиясының (ASM) сипаттамалары поликристалды пленканы көрсетеді. Сонымен қатар, AFM зерттеуі пайда болған қабаттағы жарықтарды көрсетпейді. Жақын инфрақызыл ультракүлгін спектрофотометрді қолдана отырып, біз пленкасының көрінетін аймақтағы өткізу қабілеті 75% ға жететінін анықтадық. Өлшенген токтан-кернеуден немесе I-V сипаттамасынан, қалыптасқан DSK-нің жарықтандыру кезінде біз ашық тізбектің кернеуін аламыз vos = 628мВ және қысқа тұйықталу тогы Ick = 22,6мкА, онда пайда болған ұяшықтың беті 3,14 құрайды[12]. 3 ЖҰҚА ПЛЁНКАСЫНЫҢ ҚҰРЫЛЫМЫ 3.1 Титан диоксиді қасиеті Ионды плазмалық шашырау-бұл нысанды ионды бомбалау нәтижесінде атомдардың атомдалған материалдың бетінен шығуы. Бұл процесс жұқа қабықшаларды алу кезінде немесе материалдардың бетін улау кезінде кеңінен қолданылады. Көбінесе ион плазмалық шашырау технологиясында тұрақты магнит өрісі мақсатты бетінің белгілі бір аймағына иондар ағынының тығыздығын арттыру үшін қолданылады, осылайша шашырау процесін тездетеді. Бұл әдіс қысқаша магнетронды шашырау деп аталады. Иондық плазмалық технологияда диэлектрлік пленкаларды алу үшін нысанаға жоғары жиілікті ауыспалы өріс қолданылады. Бұл жұмыста пленкаларын алу үшін жаңартылған VUP-4 қондырғысының вакуумдық камерасына салынған Angstrom Science магнетронды шашырау жүйесі қолданылды. Қондырғыда вакуумдық камераны майсызсыз форвакуумдық (Boc Edwards XDS10) және турбомолекулалық (BB-150) сорғылармен алдын ала айдау жүзеге асырылды. 8 суретте жаңартылған VUP-4 қондырғысының вакуумдық камерасына салынған шашырау жүйенің схемасы көрсетілген.
а) в) 8-сурет.1-нысана (катод), 2-тұрақты магнит, 3-кварц әйнегі, 4-субстрат, 5 - қыздыру шамы, 6-анодқа кернеу беру; 7-жерге қосу, 8-газды жіберуге арналған кіріс; 9-жұмыс газының шығу тесігі, 10-кернеу беру субстрат жылыту үшін, 11-субстрат ұстаушы, 12-шыны бүріккіш камера қақпағы, 13-тефлон анод ұстағыш, 14-анод 8 сурет-ионды-плазмалық жоғары жиілікті тозаңдатудың жұмыс камерасының схемасы (а және 3D моделі (б) Пленкалар шыны, кварц және монокристалды кремнийдің (c-Si) субстратына тұндырылған. Пленкаларды тұндыру процесіне субстраттарды дайындау келесідей жүргізілді: 1) шыны және кварц субстраттары: - С температурада бір сағат бойы күйдіру; - 15 минут бойы бөлме температурасында :: ерітіндісінде ультрадыбыстық тазалау; - тазартылған суда жуу. 2) с-Si-ден жасалған төсемдер: - 15 минут бойы бөлме температурасында :: ерітіндісінде ультрадыбыстық тазалау; - тазартылған суда жуу; -C-Si бетін 30 секунд ішінде HF ерітіндісінде тотыққан қабатынан тазарту; - тазартылған суда жуу. пленкаларын алу процесінің технологиялық параметрлерін оңтайландыру (жұмыс газының құрамы, қысым, нысанадан төсемге дейінгі қашықтық,жоғарғы жиілік разрядының қуаты, магнит өрісінің кернеулігі, тұндыру температурасы) ионды-плазмалық разрядты нысанаға оқшаулауды ескере отырып жүргізілді. Пленкаларды алу үшін 1 кесте пленкаларын алудың негізгі технологиялық параметрлері
Пленкалардың қалыңдығы сканерлеуші электронды микроскоптың (СЭМ) көмегімен анықталды Quanta 3D 200i құрылымның чиптерін сканерлеген кезде кристалды кремний/титан диоксиді пленкасы (c-Si/ пленкасы). Пленкалардың элементтік құрамы электронды микроскопта энергия-дисперсиялық талдау әдісі негізінде анықталды[13,14]. 3.2 Титан диоксидіні алу әдістері 9 суретте пленкасының қалыңдығы әртүрлі c-Si/ құрылымдарының чиптерінің суреттері және пленкасының морфологиясы көрсетілген. 2 (B) суреттен көріп отырғанымыздай, пленкалары микрон өлшеміндегі ақауларсыз біртекті бетке ие.
9 сурет СЭМ C-Si/пленка (а) және (в) пленка морфологиясы. пленкаларының құрылымы жарықтың комбинациялық шашырауының спектроскопия әдісімен бақыланды. пленкаларының құрылымын үш модификациямен сипаттауға болатындығы белгілі. анатаза, рутил және брукит. Рутилдің құрылымында комбинациялық шашырау спектрінде 4 режим бар: A1g (612), B1g (143), B2g (235), Eg (447), анатаза құрылымы - 6 шың: 3 Eg (144, 197, 637), 2b1g (396, 519), A1g (513), ал брукит құрылымы - 36 мод. Брукит үшін ең ақпараттылығы-a1g (128 ), A1g (153), A1g (247), B1g (322), B2g (366) және A1g (636) шыңдары болады[13]. 10 суретте Жарықтың комбинациялық шашырау спектрі және пленкаларды алу үшін пайдаланылған титан диоксидінен (99,99% тазалық) жасалған нысананың құрамы көрсетілген. Мақсатты жарықтың комбинатциялық шашырау спектрін талдау оның құрылымы рутилдің 10 –сурет. Жарықтың комбинациялық шашырау спектрі нысанасының құрамы 10 суретте Raman шашырау спектрлері және жж разрядының әртүрлі қуатында .аргон атмосферасында ионды плазмалық шашырату арқылы алынған пленкаларының элементтік құрамы көрсетілген. 11 (а) суреттен W=50Вт ионды-плазмалық разряд қуаты кезінде алынған жарықтық комбинатциялық шашырау спектрінде рутилдің eg (447 ), A1g (612) айқын шыңдары байқалатыны байқалады. 11 (б) суретте көрсетілген жарықтық комбинациялық шашырау спектрі W=80Вт қуатымен алынған сәйкес келеді. Осы жарықтың комбинатциялық шашырау спектрінде айқын шыңдар жоқ. Бұл 80Вт разрядтық қуатта алынған пленкасы аморфты құрылымға ие екенін білдіреді[15,16].
11-сурет. 2 комбинациялық шашырау спектрлері және ионды-плазмалық шашырау әдісімен алынған пленкаларының элементтік құрамы Пленкалардың элементтік құрамын талдау аморфты пленкалары қосылысына ең жақын сәйкес келетін титан мен оттегі компоненттерінің қатынасымен сипатталатындығын көрсетеді. Күйдірудің пленкалардың құрылымына әсері зерттелді. Пленкаларды күйдіру муфель пешінде ауа атмосферасында С температурада 30 минут бойы жүргізілді. Егер бастапқыда титан диоксиді пленкасы анатаза құрылымына ие болса, онда тазартудан кейін рутил сәні пайда болды. Осылайша, пленкаларын алудың жоғары жиілікті иондық плазмалық әдісінің оңтайлы технологиялық параметрлері анықталды. пленкаларының субстратындағы өсу таза аргонды жұмыс газы ретінде пайдаланған кезде төмен (<50Вт) РФ разряд қуатымен жүретіні анықталды. Қуаттың жоғарылауы пленкалардың аморфизациясына әкеледі [17,18]. 4.ЗЕРТТЕУГЕ АРНАЛҒАН ӨЛШЕУ ҚОНДЫРҒЫСЫН ПЛЕНКАЛАРДЫҢ ЭЛЕКТРЛІК ҚАСИЕТТЕРІ. 4.1 пленкаларының зерттелу нәтижелері пленкаларының өткізгіштігін және оның температураға тәуелділігін зерттеу электродтардың жоспарлы орналасуы бар үлгілердегі вольт-амперлік сипаттамалардың сызықтық аймағында Е <103В/см кернеулігімен электр өрістерінде жүргізілді. Үлгінің температурасы мыс-тұрақты термопарамен тіркелді. Өлшеу процесінде үлгілердің қыздыру жылдамдығы 2 градус/мин болды. өткізгіштікті өлшеудегі қателік (Δσ) σ мәндерінің үлгіден үлгіге таралуымен анықталды және шаманың жартысына тең болды, ал өткізгіштіктің активтену энергиясы үшін (ΔEσ) ± 0,02эВ аспады. 12 суретте электрлік қасиеттерді зерттеуге арналған қондырғы схемасы көрсетілген 12-сурет. Зерттеуге арналған өлшеу қондырғысының Блок-схемасы пленкалардың электрлік қасиеттері Ионды-плазмалық шашырату және салыстыру үшін тұрақты токта жоғарғы жиілік әдісімен алынған пленкалардың өткізгіштігінің температуралық тәуелділігі көрсетілген. Суреттен RH әдісімен алынған пленкалары тұрақты токпен алынған пленкаларға қарағанда электр кедергісіне ие екенін көруге болады. Жоғары температуралы аймақтағы пленкалардың өткізгіштігінің активтену энергиясы ұқсас мәндерге ие. Айта кету керек, бұл пленкаларда ультракүлгін сәулемен сәулелендіру кезінде өткізгіштіктің шамалы өзгеруі байқалады. Мысалы, пленкаларын ультракүлгін сәулемен сәулелендіру олардың өткізгіштігінің 8,7 -8,4 ге дейін артуына әкеледі[19,20]. 13-сурет. пленкаларының өткізгіштігінің температураға тәуелділігі, әр түрлі ионды-плазмалық әдістермен алынған Пленкалардың оптикалық қасиеттері Shimadzu UV 3600 және Lambda 35 спектрофотометрлерінің көмегімен 300-ден 1100нм-ге дейін толқын ұзындығы диапазонында зерттелді. Өлшеу КУ-1 маркалы кварц төсемдеріне тұндырылған қалыңдығы 100нм пленкаларда жүргізілді. 13 және 14 ионды-плазмалық жоғарғы жиілік шашырау арқылы алынған пленкаларының өткізу және шағылысу спектрлері көрсетілген[21]. 14-сурет. Қалыңдығы 100нм пленкаларының жарық беру спектрі, пленкасы көрінетін аймақта жоғары мөлдірлікпен сипатталатын спектр 15-сурет. Қалыңдығы 100нм пленкаларының Жарық шағылысу спектрі 15 суретте күйдіруге дейін және одан кейін қалыңдығы 100нм болатын пленкаларының өткізу спектрлері көрсетілген. Суреттен көрініп тұрғандай, термиялық күйдіру пленкалардың іргелі сіңуінің шетіне және олардың мөлдірлігіне нашар әсер етеді[22,23]. 16-сурет. 1 – жаңадан дайындалған пленка, 2-термиялық өңдеуден кейін 16 Сурет қалыңдығы 100нм пленкаларының жарық беру спектрлері. Пленка қалыңдығының белгілі мәндерінде L, T(λ) өткізу коэффициенттері және r(λ) шағылыстары α(λ)Жарық сіңіру коэффициенттерінің спектрлік сипаттамаларының мәндерін анықтады. α(λ) = - 1/lln{T(λ)/(1 - R(λ)2}. пленкалары үшін тыйым салынған Eg аймағының оптикалық ені Тауц әдісімен (αhν)1/2~f(hν) қатынасынан (αhν)1/2 тәуелділікті hν энергия осіне экстраполяциялау арқылы бағаланды.G анықтамасындағы қателік = 0,01эВ құрады және өткізгіштікті анықтаудағы қателік үлгіден үлгіге мәндердің шашырауымен де анықталды.G =0,01эВ құрады және өткізгіштікті анықтаудағы қателік үлгіден үлгіге мәндердің шашырауымен де анықталды. жұқа пленкалары үшін салынған тәуелділіктер (αhν)1/2 – f(hν)и 16 суретте көрсетілген. Есептеу көрсеткендей, термиялық күйдіру тыйым салынған аймақтың оптикалық енінің 3,42эВ-дан 3,32эВ-ға дейін төмендеуіне әкеледі. Бұл нәтиже рутилдің кристалды фазасының пайда болуымен жақсы үйлеседі, онда әдеби мәліметтерге сәйкес тыйым салынған аймақтың ені анатазадан аз болады[24]. 17 – сурет. пленкаларының оптикалық сіңіру шеті 1 – жаңадан дайындалған пленка, 2-термиялық өңдеуден кейін Осылайша, иондық плазмалық жоғарғы жиілік шашырау арқылы алынған жұқа пленкаларының құрылымы, электрлік және оптикалық қасиеттері зерттелді. жоғарғы жиілік разрядының аз қуатымен (<50 Вт) және таза аргонның жұмыс газы ретінде пайдаланылса, құрылымы R- рутиліне сәйкес келетін пленкалары субстратта өседі. Қуаттың жоғарылауы пленка құрылымының аморфизациясына әкеледі. пленкасы арқылы алынған ион плазмалық жоғарғы жиілік бөлме температурасында өткізгіштігі σ = 6,6• • және тыйым салынған аймақтың оптикалық ені Ед = 3,42эВ болатын кең тонналы жартылай өткізгіштер болып табылады [25]. Қорытынды Жүргізілген зерттеулердің негізгі нәтижелері мен қорытындылары: 1. -ден Нысананы ионды-плазмалық жоғары жиілікті тозаңдату әдісімен титан диоксиді қабыршақтарын алу технологиясы пысықталды және тозаңдату процесінің оңтайлы технологиялық параметрлері анықталды: жұмыс газының құрамы - аргон, қысымы Р 0,2-ден 0,5Па - ға дейін, нысанадан L = 8см төсемге дейінгі арақашықтық, разряд қуаты W50-ден 80Вт-қа дейін, тұндыру температурасы - бөлме бөлмесі. 2. Жарықтың комбинациялық шашырау әдісі төмен жоғарғы жиілік разряд (<50Вт) қуаты мен таза аргонның жұмыс газы ретінде пайдалану кезінде ион плазмалық жоғарғы жиілік шашырау әдісімен алынған наноөлшемді пленкаларының құрылымы рутилге (r-) сәйкес келеді. Қуаттың жоғарылауы пленка құрылымының аморфизациясына әкеледі. 3.Пленкалардың электрлік және оптикалық қасиеттерін зерттеу жүргізілді. Иондық плазмалық жж әдісімен алынған наноөлшемді қабықшалары бөлме температурасында өткізгіштігі σ=6,6• •және тыйым салынған аймақтың оптикалық ені Еg =3,42эВ болатын кең тонналы жартылай өткізгіштер екендігі көрсетілген. Пайдаланылған әдебиеттер тізімі. 1 Borges J., Ferreira C.G. Fernandes J.P.C, Rodrigues Marco S., Manuela Proença, Mihai Apreutesei, Eduardo Alves, Nuno P. Barradas, Cacilda Moura, Filipe Vaz. Thin films of Ag-Au nanoparticles dispersed in TiO2: Influence of composition and microstructure on the LSPR and SERS responses // J. Phys. Chem. C. – 2016. –Vol.120 (30). -P.16931–16945. 2 Rodrigues M.S., Costa D., Domingues R.P., Apreutesei M., Pedrosa P., Martind N., Correloe V.M., Reis R.L., Alves E., Barradas N.P., Sampaio P., Borges J., Vaz F. Optimization of nanocomposite Au/TiO2 thin films towards LSPR optical-sensing // Applied Surface Science. -2018. –Vol.438. –P.74-83. 3 Grammatikopoulos S., Stamatelatos A., Delimitis A., Sousanis A., Chrisanthopoulou A., Trachylis D., Politis C., and Poulopoulos P. Growth of Au Nanoparticles in NiO via Short Annealing of Precursor Material Thin Film and Optimization of Plasmonics // Phys. Status Solidi A. –2017. –Vol.214(11). -Art.No. 1700303. 4 Tang L., Kocabas S.E., Latif S., Okyay A.K., Ly-Gagnon D-S, Saraswat K.C. and Miller D.A.B. Nanometre-scale germanium photodetector enhanced by a near-infrared dipole antenna // Nat. Photonics. -2008. –Vol.2. –P.226–9. 5 Buso D., Pos M. t, Cantalini C., Mulvaney P. and Martucci A. Gold Nanoparticle-Doped TiO2 Semiconductor Thin Films: Gas Sensing Properties // Adv Funct Mater. -2008. –Vol. 18. –P.3843–9. 6 Vaishnav S.K., Patel K., Chandraker K., Korram J., Nagwanshi R., Ghosh K.K. and Satnami M.L. Surface plasmon resonance based spectrophotometric determination of medicinally important thiol compounds using unmodified silver nanoparticles // Spectrochim Acta Part A Mol Biomol Spectrosc. -2017.-Vol.179. –P.155–62. 7 Jeffrey N. Anker, W. Paige Hall, Olga Lyandres, Nilam C. Shah, Jing Zhao and Richard P. Van Duyne. Biosensing with plasmonic nanosensors // Nature Materials. 2008.–Vol.7. 8 Wang D., Zhu W., Michael D. Best, Jon P. Camden & Kenneth B. Crozier. Wafer-scale metasurface for total power absorption, local field enhancement and single molecule Raman spectroscopy // Scientific Reports. -2013. –Vol.3. -Art.No.2867. –P.1-6. 9 Asiala S.M., Marr J.M., Gervinskas G., Juodkazis S., Schultz Z.D. Plasmonic color analysis of Ag-coated black-Si SERS substrate // Phys. Chem. Chem. Phys. –2015. –Vol.17(45). –P.30461-7. 10 Can Günendi M., Tanyeli İ., Gürsoy B. Akgüç, Alpan Bek, Raşit Turan, and Oğuz Gülseren. Understanding the plasmonic properties of dewetting formed Ag nanoparticles for large area solar cell applications // Optics express. -2013. - Vol. 21, No. 15. –P.18344-18353. 11 Hou W., Pavaskar P., Liu Z., Theiss J., Aykol M. and Stephen B. Cronin. Plasmon resonant enhancement of dye sensitized solar cells // Energy Environ. Sci. –2011. –Vol.4. –P.4650–4655. 12 Prakash J., Kumar P., Harris R.A., Swart C., Neethling J. H., A Janse van Vuuren and Swart H.C. Synthesis, characterization and multifunctional properties of plasmonic Ag–TiO2 nanocomposites // Nanotechnology. –2016. –Vol.27. –Art.No.35. 13 Li Q., Mahendra Sh., Lyon Delina Y., Brunet L., Michael V. Liga, Dong Li, Alvarez Pedro J.J. Antimicrobial nanomaterials for water disinfection and microbial control: Potential applications and implications // Water Research. -2008. –Vol.42. –P.4591–4602. 14 Lee H. U., Lee S. Ch., Lee Y.-Ch., Son B., Park S.Y., Lee J. W., Oh Y.-K., Kim Y., Choi S., Lee Young-Seak & Lee J. Innovative three-dimensional (3D) eco-TiO2 photocatalysts for practical environmental and bio-medical applications // Scientific Reports–2014. -Vol.4. Art.No.6740. 15 Cao C., Yan J., Zhang Yu. & Zhao L. Stability of titania nanotube arrays in aqueous environment and the related factors// Scientific Reports. –2016. –Vol.6. -Art.No. 23065. 16 Kulkarni M., Mazare A., Gongadze E., Perutkova Š., Kralj-Iglič V., Milošev I., Schmuki P., Iglič A. and Mozetič M. Titanium nanostructures for biomedical applications // Nanotechnology. –2016. –Vol.26. –Art.No.062002. –P.1-18. 17 Swagata Banerjeea, Dionysios D. Dionysioub, Suresh C. Pillai. Self-cleaning applications of TiO2 by photo-induced hydrophilicity and photocatalysis // Applied Catalysis B: Environmental.–2015. –Vol.176–177. –P.396–428. 18 Pakdel, E.; Daoud, W.A.; Wang, X. Self-cleaning and superhydrophilic wool by TiO2/SiO2 nanocomposite // Appl. Surf. Sci. 2013. –Vol.275. –P.397–402. 19 Nor Shahanim Mohamad Hadis, Asrulnizam Abd Manaf. Comparison on TiO2 thin film deposition method for fluidic based glucose memristor sensor // 2015 IEEE International Circuits and Systems Symposium(ICSyS). 2015. –P.36-39. 20 Ghann W., Rahman A., Rahman A. & Uddin J. Interaction of Sensitizing Dyes with Nanostructured TiO2 Film in Dye-Sensitized Solar Cells Using Terahertz Spectroscopy // Scientific Reports.–2016. –Vol.6. –Art.No.30140. 21 Swathy J. R., Udhaya Sankar M., Chaudhary A., Aigal S., Anshup & Pradeep T. Antimicrobial silver: An unprecedented anion effect // Scientific Reports.–2014. -Vol.4. –Art.No.7161. 22 Bowmaker G.A., Cooney R.P., Metson J.B., Rogers K.A., Seakins J.M. The Raman spectrum of brookite, TiO2(Pbca, Z= 8) // J. Raman Spectrosc. -1995. -Vol. 26. P. -57. 23 Шульга Ю.М., Матюшенко Д.В., Голышев А.А., Шахрай Д.В., Молодец А.М., Кабачков Е.Н., Куркин Е.Н., Домашнев И.А. Исследование методом комбинационного рассеяния фазовых превращений наноструктурированного анатаза TiO2 в результате ударного сжатия // Письма в ЖТФ. -2010. -Vol.36(18). -P.26-31. 24 Шульга Ю.М., Кабачков Е.Н., Матюшенко Д.В., Куркин Е.Н., Домашнев И.А. Термостимулированные превращения в брукитсодержащих нанопорошках TiO2, полученных гидролизом TiCl4 // Журнал технической физики. -2011. –Vol. 81(1). -P.101-105.у 25 Usha K., Kumbhakar P., Mondal B. Effect of Ag-doped TiO2 thin film passive layers on the performance of photo-anodes for dye-sensitized solar cells // Materials Science in Semiconductor Processing. 2016. –Vol.43. –P.17–24. жүктеу/скачать 4,09 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||