Информация о работе
Подробнее о работе
Оборудование и технологическая подготовка производства нанопокрытий методом молекулярно-лучевой эпитаксии
- 33 страниц
- 2016 год
- 29 просмотров
- 1 покупка
Гарантия сервиса Автор24
Уникальность не ниже 50%
Фрагменты работ
Введение 3
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАНОПОКРЫТИЯХ 4
1.1. Методы получения нанопокрытий 8
1.2. Применение нанопокрытий 14
2. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА НАНОПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ 16
2.1. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии 17
2.2. Оборудование метода молекулярно-лучевой эпитаксии 19
2.3. Технология получения полупроводниковых нанопокрытия методом молекулярно-лучевой эпитаксии 24
2.4. Технология выращивания магнитных нанопокрытий методом молеклярно-лучевой эпитаксии 28
Заключение 31
Список использованной литературы 32
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАНОПОКРЫТИЯХ
Нанотехнология представляет собой совокупность методов, технических приемов, технических средств, которые обеспечивают контролируемый синтез, заданную атомную структуру и принципиально новые качества. Материалы, получаемые посредством нанотехнологий и обладающие уникальными свойствами, называются наноматериалами. Выделяют следующие типы наноматериалов [1]:
— нанопористые структуры;
— наночастицы;
— нанотрубки и нановолокна;
— нанодисперсии;
— наноструктурированные поверхности и пленки;
— нанокристаллы и нанокластеры.
К пленочным наноматериалам (ПНМ) относятся нанопокрытия, нанопленки и слоистые пленочные нанокомпозиты на поверхности какого-либо изделия или подложки. Ниже представлена классификация пленочных материалов по структуре.
Рис. 1.
...
1.1. Методы получения нанопокрытий
Способы получения наноструктурированных материалов достаточно разнообразны, однако все они основаны на трех стадиях формирования. На первой стадии идет процесс зародышеобразования, вторая стадия представляет собой формирование вокруг нанокристаллических зародышей аморфных кластеров, объединяющихся затем в межкристаллитную фазу (третья стадия), с образованием диссипативной наноструктуры. Технологии создания наноструктур делятся на два основных типа: те, в которых изготовление происходит «снизу вверх», атом за атомом, и те, в которых процесс идет сверху вниз, при этом происходит удаление или преобразование атомов с получением нужной структуры. Подход «сверху вниз» основан на удалении или дроблении объемного материала, в результате чего получается нужная структура с заданными свойствами. Для получения нанопокрытий используется технология «снизу вверх».
...
1.2. Применение нанопокрытий
Сегодня нанопокрытия приобрели широкое распространение, так как их использование повышает устойчивость к механическим и химическим воздействиям материалов разного рода, продлевая срок их эксплуатации. Использование нанопокрытий позволяет значительно снизить коэффициент трения при сохранении износостойкости [4].
Рассмотрим несколько примеров нанопокрытий, обладающих особыми свойствами. Алмазоподобные и керамические нанопокрытия обладают высокой твердостью и прочностью, износостойкостью, химической стойкостью, прочностью сцепления с подложкой, благодаря чему их эффективно применять в качестве защитных покрытий деталей машин, а также инструментов, работающих в условиях износа, сложных температурных нагрузок и агрессивных сред. Для получения алмазоподобных нанопокрытий, основу которых составляет твердый аморфный углерод, используются технологии магнетронного распыления, плазмохимического и ионно-лучевого осаждения, электродугового и лазерного испарения.
...
2. ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА НАНОПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ
Молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ) проводится в вакууме и основана на взаимодействии нескольких молекулярных пучков с нагретой монокристаллической подложкой. МЛЭ заключается в осаждении испаренных элементарных компонентов на подогретую монокристаллическую подложку. Основой установки является вакуумная система. Так как в процессе МЛЭ требуется поддерживать высокий вакуум, установки снабжаются вакуумными шлюзами для смены образцов, что обеспечивает высокую пропускную способность при смене пластин и исключает возможность проникновения атмосферного воздуха. Для десорбции атмосферных газов со стенок системы требуется длительный отжиг в вакууме. Для обеспечения высокого качества и чистоты растущего слоя необходимо низкой давление. Этого добиваются, используя безмасляные насосы.
...
Метод молекулярно-лучевой эпитаксии будет подробно рассмотрен во второй главе.
1.2. Применение нанопокрытий
Сегодня нанопокрытия приобрели широкое распространение, так как их использование повышает устойчивость к механическим и химическим воздействиям материалов разного рода, продлевая срок их эксплуатации. Использование нанопокрытий позволяет значительно снизить коэффициент трения при сохранении износостойкости [4].
Рассмотрим несколько примеров нанопокрытий, обладающих особыми свойствами. Алмазоподобные и керамические нанопокрытия обладают высокой твердостью и прочностью, износостойкостью, химической стойкостью, прочностью сцепления с подложкой, благодаря чему их эффективно применять в качестве защитных покрытий деталей машин, а также инструментов, работающих в условиях износа, сложных температурных нагрузок и агрессивных сред.
...
2.2. Оборудование метода молекулярно-лучевой эпитаксии
Для проведения метода молекулярно-лучевой эпитаксии существуют различные установки, основным блоком, которых является вакуумная ростовая камера, в которой потоки атомов или молекул образуются за счет испарения жидких или сублимации твердых материалов из эффузионных ячеек. Рабочий объем вакуумных камер изготавливают из нержавеющей стали. Для создания сверхвысокого вакуума ( рабочий объем обезгаживается многочасовым прогревом до температур около 300–400 oС. Обезгаживать при больших температурах нельзя, т.к. около 500 oС начинается интенсивная диффузия углерода из нержавеющей стали [9]. Это резко увеличивает диффузию газов внутри стали, и она перестает обеспечивать сверхвысокий вакуум. В одной ростовой камере может располагаться несколько испарителей, каждый из которых предназначен для нанесения одного вещества. Количество эффузионных ячеек зависит от состава нанопленки и наличия легирующих компонентов.
...
2.3. Технология получения полупроводниковых нанопокрытия методом молекулярно-лучевой эпитаксии
В работе [11] сообщается о получении нанопокрытия сернистого свинца (PbS) на сколах кристалла NaCl методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Выращивание наопокрытия проводилось в вакуумной установке ВУП – 4 при давлении остаточных газов 10-3–5·10-4 Па, при температурах от 100 до 400 ͦС. В качестве ростового материала использовали порошок сернистого свинца (марка «особо чистый»). Для создания материала большей механической однородности порошок размалывали в ступке и просеивали через сито размером ячейки 100 мкм. Подложку из каменной соли готовили непосредственно перед помещением в вакуумную установку. Это делалось для того, чтобы уменьшить время соприкосновения поверхности подложки с воздухом. Сколы приготавливались с помощью острого лезвия. Выбирались подложки с наиболее гладкой поверхностью.
...
2.4. Технология выращивания магнитных нанопокрытий методом молеклярно-лучевой эпитаксии
В работе [12] описан эксперимент по выращиванию нанопокрытия Cr2CoGa на подложках арсенида галлия GaAs (001) и кремния Si (001) методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Для очистки поверхности подложек их окунали в кислоту и нагревали при температуре 550 ͦС в течение 30 мин. Процесс осаждения нанопокрытия проводили в сверхвысоком вакууме 10-7 Па при различных температурах (70 и 450 ). Кристаллическую структуру определяли методом рентгеновской дифракции, а морфологию поверхности образца измеряли с помощью сканирующего электронного микроскопа. На рис. 12 представлены полученные изображения морфологии поверхности образцов с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).
Рис. 12.
...
Заключение
В данном курсовом проекте рассмотрен вопрос оборудования и технологии получения нанопокрытий методом молекулярно-лучевой эпитаксии, позволяющим выращивать высококачественные нанопокрытия в условиях сверхвысокого вакуума. Этот метод успешно применяется для выращивания тонких пленок полупроводников, металлов, диэлектриков, магнитных материалов, высокотемпературных сверхпроводников и многих других веществ. В проекте представлена информация о росте полупроводниковых нанопокрытий на примере сернистого свинца и кремния, а также магнитного нанопокрытия Cr2CoGa на подложках. Для выращивания сернистого свинца на сколах кристалла NaCl необходимо давление порядка 10-4 Па, создаваемое вакуумной установкой ВУП-4 и температура в вакуумной камере 100-400 °C. В качестве ростового материала использовали порошок сернистого свинца (марка «особо чистый»), а в качестве подложки – атомарно-гладкие сколы NaCl.
...
1. Гусев, А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А. И. Гусев. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 411 с.
2. Защитные нанопокрытия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://nanosintez.com/tech/protective_coat (20.03.2016).
3. Келсалл Р. Научные основы нанотехнологий и новые приборы. Учебник-монография. Пер. с англ.: Научное издание / Келсалл Р., Хэмли А., Геогеган М. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект», 2011. – 528 с.
4. Нанопокрытие [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.plackart.com/coatings/nanopokrytie.html (20.03.2016).
5. Наноматериалы и нанотехнологии : монография / Анищик В. М. [и др.]. – Изд. центр БГУ. – Минск: 2008. – 375 с.
6. Белянин А. Ф. Ударостойкие защитные пленочные покрытия на основе AlN в электронной технике [Электронный ресурс] / А. Ф. Белянин. – Москва, 2005. – Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/bitstream/handle/ 123456789/53629/10-Belianin.pdf (22.03.2016).
7. Молекулярно-лучевая эпитаксия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://belkin20.narod.ru/otvety/12.htm (22.03.2016).
8. Цаплин А.И. Фотоника и оптоинформатика. Введение в специальность: учеб. пособие / А.И. Цаплин. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 399 с.
9. Оборудование для молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://helpiks.org/6-66715.html (22.03.2016).
10. Краткое описание вакуумного поста ВУП-4 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://helpiks.org/5-17864.html (22.03.2016).
11. Павлов Д.А. Изучение основ гетероэпитаксиального роста при молекулярно-лучевой эпитаксии.: Практикум /Д. А. Павлов, С.М. Планкина – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2013. – 26 с.
12. Wuwei F. Molecular beam epitaxy growth and magnetic properties of Cr-Co-Ga Heusler alloy films [Электронный ресурс] / F. Wuwei, W. Weihua. – China, 2015. – http://scitation.aip.org/content/aip/journal/adva/5/11/10.1063/ 1.4935949 (22.03.2016).
Форма заказа новой работы
Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям
