Низкотемпературный синтез и автоэмиссионные свойства композитных углеродных пленок

• Автор: Суздальцев, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.27.02, 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 118 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

1. Синтез и применение углеродных материалов в электронике.

1.1. Аллотропия углерода получаемого из газовой фазы.

1.2. Использование углеродных материалов в качестве катодов для автоэмиссионных приборов
1.3. Механизмы самоорганизующегося роста и проводимости структур с квантовыми точками
1.4. Применение СВЧ газового разряда в магнитном поле для получения углеродных материалов.

1.5. Выводы и постановка задачи

2. Осаждение пленок углерода различных аллотропных модификаций в

плазме СВЧ газового разряда.

2.1. Установка для осаждения углеродных пленок в плазме СВЧ газового разряда с магнитным полем и методы исследования полученных
покрытий.
2.2.Формирование графитовой фазы углерода при осаждении в ацетиленсодержащих газовых смесях.
2.3.Низкотемпературный синтез пленок углерода различного состава в
плазме паров этанола
2.4.Вывод ы
3. Влияние параметров осаждения на рост композитных кластерных углеродных пленок.
3.1.Исследование микротопограф и и поверхности углеродных пленок.
3.2. Влияние величины прокачки рабочего вещества на характер поверхности получаемых покрытий.
3.3. Распределение кластеров по толщине углеродной матрицы.
3.4. Выводы
4. Электронные свойства поверхности углеродных пленок различного состава и структуры.
4.1. Методика экспериментальных исследований диодов на основе нанокластсрных углеродных пленок
4.2. Влияние режима осаждения на автоэлектронные свойства углеродных
пленок.
4.3. Влияние легирующей примеси на электронные свойства поверхности углеродных пленок.
4.4. Выводы
5. Разработка электротехнологических методик синтеза композитных
углеродных пленок.
5.1. Управление характеристиками углеродных покрытий в процессе их роста
5.2. Основные технологические параметры в процессе осаждения углеродных пленок.
5.3. Синтез углеродных нанокластерных пленок для покрытия автоэмиссионных катодов
5.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Показано влияние температуры конденсации, степени пересыщения паров этанола и толщины пленки на закономерности самоорганизованого роста наноуглеродных кластеров в углеводородной матрице. Определены диапазоны и исследованы закономерности влияния параметров процесса получения композитных алмазно-графитовых автокатодов в СВЧ плазме паров этанола низкого давления на их автоэмиссионныс свойства. Показано, что улучшение эмиссионной способности графитоподобных пленок при поверхностном легировании примесыо кадмия эквивалентно улучшению автоэмиссии при увеличении содержания в них наноалмазной фазы. Технологические режимы СВЧ плазменного осаждения паров этанола низкого давления, обеспечивающие одно или многофазное получение в одной технологической установке алмазоподобных, графитоподобных, углеводородных полимерных пленок, а также композитных углеродных пленок на их основе с широким диапазоном электрофизических свойств и областей применения. В/мкм и плотности тока от 0,3 мА/см до 3 мА/см при напряженности поля менее В/мкм. Новая технологическая методика синтеза наноалмазных порошков в углеводородной матрице, исключающей их агрегатирование при длительном хранении, совместимая с обычными технологическими процессами микроэлектронного производства, обладающая возможностями управления их размером и концентрацией, а также непосредственного нанесения наноалмазов образующихся в углеводородной матрице на любые подложки и детали. При осаждении в СВЧ плазме с магнитным полем изменение температуры конденсации от до 0°С и давления паров этанола от 0. Па приводит к изменению кинетических условий роста, достаточных для раздельного или смешанного синтеза алмазоподобных, графитоподобных, углеводородных полимерных пленок. Углеводородные полимерные пленки представляют собой композитные структуры с определенным распределением наноалмазных кластеров по объему матрицы. Кластеры имеют максимальные размеры в приповерхностных слоях и уменьшаются с удалением в глубину от поверхности пленки. Управление размером и концентрацией алмазных кристаллитов в объемной матрице достигается изменением давления паров этанола в плазме и температуры подложки в пределах допускающих образование полимерного углеводородного материала. Композитные алмазно-графитовые пленки получаются осаждением в неравновесной плазме СВЧ газового разряда в магнитном поле паров этанола при температуре подложки в интервале от 0 до 0 °С и давлении плазмообразующего газа в диапазоне 0, - 0, Па. Концентрация наноалмазных кристаллитов в графитовой матрице увеличивается с ростом положительного ускоряющего потенциала на подложкодержателе с синтезируемым материалом. Увеличение содержания наноалмазных кристаллитов в графитовой матрице улучшает эмиссионные способности композитного алмазно-графитового материала, что эквивалентно улучшению достигаемому при поверхностном легировании исходных графитовых пленок примесью кадмия. Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на международных конференциях и семинарах, в т. Microelectronics Conference» IVMC , , (Germany, China, France); «Fullerenes and atomic clusters» IWFAC , (St. Petcrsburg); «International Vacuum Electron Sources Conference» IVESC (Russia); 4, 6 - 9 «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог); Всероссийской научно-технической конференции «Микро- и наноэлектроника » (Звенигород); Международной межвузовской конференции «Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ» (Саратов, СГТУ); 2-ой Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технологии» (Москва. Саратовского отделения Института Радиотехники и Электроники РАН. Публикации. Материалы, отражающие основное содержание работы, изложены в статьях. Результаты работы отражены в отчетах по НИР, имеющих государственную регистрацию, в которых автор являлся ответственным исполнителем. Структура и объем диссертации. Работа изложена на 8 страницах и состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 0 наименований, имеет рисунка.