Физико-химические закономерности формирования наноструктурированных металлических и оксидных слоев в процессах химического осаждения из паров соединений металлов с органическими лигандами

• Автор: Гельфонд, Николай Васильевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 322 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. МОСУЛ МЕТОД ФОРМИРОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАНМЫХ ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ.

1.1. Способы реализации МОСУЛ процессов. 1Б

1.2. Исходные соединения для осаждения металлических и оксидных слоев

1.3. Аппаратурное оформление МОСУЛ процессов.

1.4. Основные стадии и параметры МОСУЛ процессов.

1.5. Заключение

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКИ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Прекурсоры

2.2. Термоаналитические методы исследования соединений.

2.3. Изучение процессов термического разложения паров соединений.
2.4. Гензиметрические методы исследования соединений
2.5. Методика изучения процессов массопереноса при сублимациииспарении соединений.
2.6. Аппаратурное оформление процессов МОСУЛ.
2.7. Методы исследования металлических и оксидных слоев
2.7.1. Методы электронной микроскопии
2.7.2. Методы рентгеновского анализа.
2.7.3. Рентгенофотоэлектронная спектроскопия.
2.7.4. Массспектрометрия с лазерной абляцией образцов.
2.7.5. Измерение контактного электросопротивления системы металлУВаСи7
2.7.6. Изучение коррозионной стойкости покрытий
2.7.7. Определение электрохимических характеристик ячеек твердооксидных топливных элементов.
2.7.8. Другие методы исследования.
3. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ
3.1. Термические свойства соединений в конденсированном состоянии.
3.2. Термическое поведение паров соединений.
3.3. Процессы парообразования и массопереноса соединений
3.3.1. Давление насыщенного пара соединений.
3.3.2. Процессы массопереноса при сублимациииспарении соединений.
3.4. Выбор прекурсоров и параметров процессов осаждения металлических и оксидных слоев.
4. ФОРМИРОВАНИЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ И ОКСИДНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. Исследование структурных характеристик и процессов роста пленок иридия методами электронной и атомной силовой микроскопии.
4.1.1. Структура и морфология пленок.
4.1.2. Термостабильиость пленок
4.1.3. Влияние водорода на структуру пленок
4 Л .4. Фазовый состав пленок
4.2. Изучение внутренней микроструктуры пленок иридия методом
малоуглового рентгеновского рассеяния
4.2.1. Методические аспекты применения метода МУРР для анализа структур пленочных материалов.
4.2.2. Определение дисперсных и структурных характеристик пленок иридия
4.3. Анализ химического строения пленок иридия методом
рентгенофотоэлектрошюй спектроскопии.
4.3.1. Пленки иридия, осажденные на i в присутствии водорода.
4.3.2. Пленки иридия, осажденные на i в присутствии кислорода
4.3.3. Пленки иридия, осажденные на А в присутствиикислорода.
4.3.4. Пленки иридия, осажденные на i
4.3.5. Пленки иридия, осажденные на Си в присутствии водорода.
4.4. Формирование пленок диоксида гафния
4.5. Формирование никелевых слоев.
4.6. Формирование пленочных магнитных материалов на основе оксидов железа.
4.7. Получение пленочных металлических контактов к высокотемперату рным сверхпроводникам и изучение их электрических параметров.
4.8. Формирование ультратонких металлических пленок и наночастии в процессах импульсного V.
4.8.1. Пленки иридия
4.8.2. Пленки рутения.
4.8.3. Наночастицы золота.
5. ФОРМИРОВАНИЕ ТОЛСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
И МЕТАЛЛ ОКСИДНЫХ ПОКРЫТИЙ
5.1. Покрытия из металлов платиновой группы.
5.2. Столбчатые образования в структурах металлических покрытий.
5.3. Золотые покрытия.
5.4. Рениевые покрытия
5.5. I и ТгА покрытия.
6. ПОЛУЧЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОВ ПЛАТИНОВОЙ ГРУППЫ НА ТИТАНОВЫХ ЭЛЕКТРОДАХ И ИЗУЧЕНИЕ ИХ КОРРОЗИОННОЙ С ТОЙКОСТИ.
7. ФОРМИРОВАНИЕ ГАЗОПЛОТНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ДЛЯ ТВЕРДООКСИДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Уйк1, 7 2гасас4 и Уасас3 8 гг1Гас4 и УИас3 9 2г1йс и УМ3 . Использование ограниченного количества соединений в качестве прекурсоров объясняется тем, что, вопервых, часть комплексов по своим физикохимическим свойствам не удовлетворяют перечисленным требованиям и, вовторых, исследования термических превращений большинства соединений носят отрывочный, несистемный характер. В результате не хватает данных для выбора как исходных веществ, так и параметров процессов осаждения покрытий. Исключением в этом ряду являются бетадикетонатные производные металлов, комплексное изучение которых проведено в ИЫХ СО РАН. Ниже, на примере
бетадикетонатов иридпяШ, продемонстрирован подход к исследованию физикохимических свойств этих соединении. В работах предложены новые методики синтеза бетадикетонатов ирндияШ. В результате были получены следующие соединения 1гасасз с выходом , 1г1Гас3 , 1гр1ас3 , 1гИГас3 , 1гй1с1з . Согласно нашим данным соединения с алифатическими лигандами хранятся при комнатной температуре в течение нескольких лет практически без изменения своих физикохимических свойств. Фторированные комплексы при хранении менее стабильны. Статическим методом с мембранным нульманометром проведено изучение температурных зависимостей давления насыщенного пара РТ бетадикетонатов нридияШ табл. Функция РТ является количественной характеристикой летучести соединения. Ьс,1г1Гас3 1гр1ас3 1гЬТас3 Методом ДТА в контролируемой атмосфере исследована термическая устойчивость бетадикетонатов иридияШ в конденсированном состоянии 9. Температуры начала разложения соединений приведены в табл. Таблица 4. А В кДжмоль Д жмоль К. Гас3 субл. Тасз исп. ЬГас3 субл. ЬГас3 исп. Ьс исп. Изучение термической устойчивости паров 1гасас3 и 1г1ас3 и регистрация продуктов реакций термораспада этих соединений были проведены методом высокотемпературной массспектрометрии в интервале температур С 9. Температуры начала разложения паров комплексов в вакууме и контролируемой среде представлены в табл. Габлица 5. ДТАНе ДТАУвозд. Гас3 0 8 8 . Молекулы трисацетилацстопата иридияШ устойчивы вплоть до температуры 5С. При дальнейшем повышении температуры в массспектре появляются пики, соответствующие молекулам Насас, т. По этому же механизму происходит и распад молекул 1гЬГас3, однако термоустойчивость этого соединения выше, а в массспектрах наблюдаются фторированные продукты разложения НЬГас. В присутствии дейтерия термическая устойчивость 1гасас3 несколько повышается. Направление реакции термораспада не меняется, в продуктах реакции обнаружены молекулы Насас и органические частицы, наблюдаемые при термораспаде в вакууме, но в значительно меньшем количестве. При распаде молекул 1гМас3 в среде дейтерия наблюдается понижение на С порога термоустойчивости, а в качестве продуктов реакции регистрируются молекулы НИ и частицы, характерные для термораспада молекул НИГас, а также однократно и двукратно дейтерированного лиганда. Температуры, при которых наблюдали разложение 1гасас3 и I3 в среде кислорода, существенно ниже порогов термоустойчпвости комплексов в вакууме и равны, соответственно, 5С и 0С. Основными газообразными продуктами реакции термораспада 1гасас3 являются двуокись углерода и молекулы воды, а для I3 кроме СО. При этом концентрации элементарного фтора и фтористого водорода приблизительно одинаковы. Из приведенных выше данных следует, что, по совокупности физикохимических свойств, бетадикетонаты иридияШ удовлетворяют требованиям, предъявляемым к соединениям в V процессах, и могут быть использованы в качестве исходных веществ для осаждения иридиевых слоев. Результаты исследования термических свойств соединений других металлов приведены в соответствующих разделах работы. Аппаратурное оформление V процессов В настоящее время в литературе описаны многочисленные конструкции установок для получения пленочных материалов путем термического разложения паров исходных соединений. Общие подходы к конструированию аппаратуры для реализации процессов V рассмотрены в работах , , . Наиболее важное значение в данных устройствах имеют реактор и испаритель.