Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / КУРСОВАЯ РАБОТА, МЕТАЛЛУРГИЯ

Методы исследования физических свойств наноплёнок полуметаллов

happy_woman 228 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 19 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 09.12.2020
При написании данной работы мы должны осуществить следующие цели и задачи: 1. Рассмотреть методы вакуумного напыления пленок. 2. Подробней рассмотреть получение пленок висмута и висмут-сурьмы методом термического испарения. 3. Описать методы исследования физических свойств наноплёнок Объектом исследования данной курсовой работы являются методы исследования физических свойств наноплёнок полуметаллов.
Введение

Полуметаллы — вещества, по своим свойствам занимающие промежуточное положение между типичными металлами и полупроводниками, сыграли и играют выдающуюся роль в развитии физики твердого тела и конденсированного состояния, так как полуметаллы обладают сочетанием свойств, характерных как для металлов, так и для полупроводников. Наука о полуметаллах как отдельном классе веществ сформировалась во второй половине ХХ века. В этот период были исследованы характерные особенности полуметаллов, позволившие выделить их в особый класс веществ, промежуточных по своим свойствам между металлами и полупроводниками. В настоящее время нет пока однозначного определения, какие вещества считать полуметаллами. Актуальность изучения методов исследования физических свойств тонких пленок и методов их получения заключается в том, что сейчас пленки широко применяются в качестве различных функциональных покрытий для повышения прочности, коррозионной стойкости, улучшения магнитных и электрических свойств материалов, используемых в авиационной и космической технике, машиностроении, медицине, энергетике, цифровой микроэлектронике. Важное требование к тонкопленочным материалам состоит в том, чтобы они сохраняли свои свойства и строение в течение длительного времени. В настоящее время требования, предъявляемые к тонкопленочным материалам, возрастают. В связи с этим материалы в тонкопленочном состоянии должны обладать рядом физико-химических и эксплуатационных свойств. Применение тонкопленочных материалов представляет эффективный путь решения проблемы миниатюризации и снижения материалоемкости устройств различного назначения.
Содержание

1. Полуметаллы висмут и висмут-сурьма 4 2. Тонкие пленки и методы их получения 5 3. Методы вакуумного получения пленок висмута и висмут сурьмы 7 3.1. Электронно-лучевое испарение 7 3.2. Вакуумно-дуговое нанесение 9 3.3. Магнетронное распыление 9 3.4. Термическое распыление 11 4. Метод термического напыления пленок висмута и висмут сурьмы в вакууме 13 5. Методы исследования физических свойств тонких плёнок полуметаллов 14 5.1 Метод АСМ для измерения структуры поверхности пленки 14 5.2 Метод рентгеноструктурного анализа для нахождения параметра решётки 16 5.3 Исследование гальваномагнитных свойств полуметаллов 17 Список использованной литературы 19
Список литературы

1. Иванов Г. А., Грабов В. М. Физические свойства кристаллов типа висмута // ФТП. Т.29. 1995. 2. В.М. Грабов, Е.В. Демидов, В.А. Комаров. ФТТ 50, 1312 (2008). 3. В.М. Грабов, Е.В. Демидов, В.А. Комаров, М.М. Климантов. ФТТ 51, 800 (2009). 4. В.А. Комаров, Е.В. Демидов, М.М. Климантов. В сб.: 5. Комник Ю. Ф. Физика металлических пленок. М.: Атомиздат, 1979. 263 с. 6. Косевич В. М., Палатник Л. С., Шевченко С. И., Антонова В. А. О форме частиц металлических конденсатов на начальных стадиях роста // ФТТ. Т. 11. 1964. С. 3240. 7. Палатник Л. С., Папиров И. И. Эпитаксиальные пленки. М.: Наука, 1971. 480 с. 8. Палатник Л. С., Черемской П. Г., Фукс М. Я. Поры в пленках. М.: Энергоиздат, 1982. 215 с. 9. Палатник Л. С., Ильинский А. И. Механические свойства металлических пленок // УФН. Т. 95. Вып. 4. 1968. 10. . Офицеров А. В, Эдельман В. С. Исследование спектра поверхностных состояний в висмуте методом сканирующей туннельной спектроскопии // ЖЭТФ. Т. 120. 2001. C. 731. 11. Комаров В. А., Демидов Е. В., Климантов М. М., Пылина С. Н., Логунцова М. М. Явления переноса и структура поверхности пленок висмута // Термоэлектрики и их применения: Доклады X Межгосударственного семинара (ноябрь 2006 г.). СПб.: ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, 2006 12. Комаров В. А., Климантов М. М., Логунцова М. М., Пылина С. Н., Демидов Е. В. Кинетические явления и структура пленок висмута // Известия РГПУ им. А. И. Герцена: Научный журнал: Физика. СПб., 2006. № 6 (15). 13. Грабов В. М., Иванов Г. А., Комаров В. А. Термоэлектрические свойства монокристаллических пленок висмута // Материалы для термоэлектрических преобразователей: Тезисы докладов IV Межгосударственного семинара. СПб.: ФТИ им. А. Ф. Иоффе, 1995. 14. Борисенко А.И., Новиков В.В., Приходько Н.Е., Митникова М.М., Чепик Л.Ф. Тонкие неорганические пленки в микроэлектронике. Л.: Наука, 1972. 114 с. 15. Грабов В. М., Демидов Е. В., Комаров В. А. Атомно-силовая микроскопия пленок висмута // ФТТ. Т. 50, 2008. 16. В. М. Грабов, Е. В. Демидов, В. А. Комаров Особенности структуры пленок висмута, полученных методом термического испарения в вакууме. 108 с.
Отрывок из работы

1. Полуметаллы висмут и висмут-сурьма Из простых веществ к полуметаллам относятся элементы V группы таблицы Менделеева: висмут, сурьма, мышьяк и непрерывный ряд твердых растворов системы висмут-сурьма. Полуметаллы занимают промежуточное положение между узкозонными полупроводниками, в которых ширина запрещенной зоны колеблется в пределах от kT до 10 kT, и металлами. Физические свойства полуметаллов типа висмута плодотворно исследуются на протяжении многих лет. Результаты обширных исследований отражены в ряде обзоров [1-7], диссертационных работах [8-14] и в работах, посвященных общим вопросам исследования узкозонных полупроводников и полуметаллов [12]. К настоящему времени получены детальные сведения о кристаллической структуре висмута и сплавов висмут-сурьма, поверхности Ферми [10, 11, 16,], параметрах зонной структуры. Исследованы физические свойства бинарных сплавов висмут-сурьма. Отличительными признаками узкозонных полупроводников и полуметаллов являются: 1. Высокая, по сравнению с полупроводниками, концентрация свободных носителей заряда p = 10^17-10^23 ? м?^3 при Т = 4.2 К. 2. Малая величина энергетического зазора, разделяющего экстремумы валентной зоны и зоны проводимости E_g = 10 — 20 мэВ. 3. Большие значения высокочастотной диэлектрической проницаемости В ходе многочисленных экспериментов надежно установлено, что кристаллы висмута и висмут-сурьма чрезвычайно чувствительны к различного рода внешним воздействиям: температуре, давлению, электрическому и магнитному полям, что определяет перспективность их использования для конструирования различных полупроводниковых приборов. Интерес, с точки зрения оптики, к узкозонным полупроводникам и полуметаллам на основе висмута и сплавов висмут-сурьма обусловлен тем, что они служат базой для создания фотоприемников и источников излучения, работающих в инфракрасном диапазоне. Однако, оптические эксперименты без квантующего магнитного поля немногочисленны. Как следствие, до сих пор остается открытым вопрос о причинах наблюдающихся отклонений в поведении оптических функций от модели, описывающей взаимодействие излучения с плазмой свободных носителей заряда в чистых и слаболегированных акцепторной примесью кристаллах висмута и висмут-сурьма. Не имеется удовлетворительного объяснения большому различию статических и оптических времен релаксации, наблюдавшемуся в работах по исследованию плазменных колебаний в этих материалах. Данные о повышенном затухании плазменных колебаний коррелируют и с результатами исследования процессов фотопроводимости, где также остается невыясненной причина резкого уменьшения времени жизни фото носителей в ряде полупроводниковых сплавов. Для нашей работы мы выбрали висмут и сплавы висмут и сплавы висмут-сурьмы, так как они являются наиболее яркими представителями полуметаллов. 2. Тонкие пленки и методы их получения Изменение физических свойств тонких пленок по сравнению с массивными монокристаллами обусловлено влиянием ряда факторов. Одним из них является разнообразие структурных характеристик тонких пленок, получаемых методом конденсации молекулярных пучков в высоком вакууме [5; 6; 7; 8]. Малая толщина пленки по сравнению с длиной свободного пробега или длиной волны де Бройля носителей заряда приводит к проявлению классических или квантовых размерных эффектов в электронных свойствах пленок [5; 9, с. 613-645]. Одной из причин изменения свойств тонких пленок может быть наличие поверхностных состояний, искривление зон вблизи поверхности [10]. Для электронных явлений переноса в тонких пленках существенными являются особенности взаимодействия носителей заряда с поверхностью [11, с. 114-119; 12], а также с границами кристаллитов пленки. Для пленок узкозонных полупроводников и полуметаллов существенной оказывается механическая деформация, возникающая из-за различия температурного расширения материала пленки и подложки [13, с. 63-65]. Тонкие пленки представляют собой уникальные микроструктурные объекты. Они могут создаваться в виде монокристаллических, поликристаллических или аморфных слоев. Очевидно, что микроструктура пленок существенным образом зависит от подложки, на которую нанесена пленка, и условий получения. Управляя процессом изготовления, можно получать разные микроструктуры тонких пленок. Свойства тонких пленок в значительной степени определяются условиями формирования вещества на поверхности подложки, ее материалом и свойствами самой поверхности. Нельзя указать на универсальный способ получения пленок, отвечающий всем случаям применения. Представляется возможным лишь установить некоторые особенности формирования пленок простого и сложного составов с металлическими, полупроводниковыми и диэлектрическими свойствами. Скорость и тип химических процессов при формировании тонких пленок, как и других материалов, являются функциями давления, состава газовой фазы и температуры. При этом необходимо учитывать топохимический характер развития процессов обмена химическими компонентами между газовой, жидкой и твердой (формируемым материалом пленки) фазами. К известным технологическим приемам получения тонких пленок относятся вакуум-термические, электрохимические, термохимические, плазмохимические и газохимические методы, сопровождаемые реакциями окисления, восстановления, разложения, замещения и обмена, процессами превращений (фазовых, полиморфных, поляризационных), а также полученные в последнее время золь-гельные технологии с участием реакций гидролиза и поликонденсации в холодной фазе. Существующее многообразие методов получения тонкопленочных оксидных материалов можно разделить на две группы (рис. 1) [14, 101-105 c]: - физические методы, основанные на испарении и распылении металлов и различных соединений; - химические методы, основанные на использовании химических реакций. В основу всех физических методов положены явления испарения наносимого вещества и его конденсации. Испарение вещества можно проводить в условиях глубокого вакуума, либо в условиях пониженного давления (0,01-1 мм рт. ст.), либо в плазме. Существует несколько разновидностей этого метода, различающихся по способам испарения вещества 3. Методы вакуумного получения пленок висмута и висмут сурьмы На данные момент разработано несколько методов вакуумного напыления пленок, различающихся по способам испарения вещества; термическое распыление, магнетронное распыление, вакуумно-дуговое нанесение, ионно-лучевое осаждение, электронно-лучевое испарение. 3.1. Электронно-лучевое испарение Электронный луч по удельной энергетической мощности, легкости управления, эффективности и локальности нагрева превосходит все известные источники, уступая лишь лазерному излучению. Однако, в отличие от лазерного, электронный луч может иметь произвольную форму. Его преимущества также в том, что он не вносит примесей в обрабатываемый материал, может работать в агрессивной или инертной среде. Рисунок 2 Принципиальная схема электронно-лучевого испарителя Принцип действия электронно-лучевого испарителя. В электронной пушке с поверхности катода происходит эмиссия свободных электронов и их формирование под действием ускоряющих и фокусирующих электростатических и магнитных полей в пучок, который выводится в рабочую камеру через выходное отверстие. Для подведения электронного пучка к тиглю с испаряемым материалом и обеспечения его требуемых параметров используются главным образом магнитные фокусирующие линзы и отклоняющие системы. Беспрепятственное прохождение такого пучка до объекта возможно только в высоком вакууме. Вследствие бомбардировки поверхности электронным пучком, материал нагревается до температуры, при которой происходит его испарение с требуемой скоростью. В образующийся поток помещается подложка, на которую конденсируется испаряемое вещество. Испарительное устройство дополняется средствами измерения и контроля, которые особенно важны для управления электронным пучком в процессе напыления. Электронно-лучевой испаритель размещается в камере, где поддерживается уровень вакуума 10^(-4) Па, необходимый для минимизации влияния остаточного газа на эффективность прохождения электронного луча, и исключение загрязнений другими материалами структуры получаемой пленки. Принцип действия ионно-лучевого испарения аналогичен. 3.2. Вакуумно-дуговое нанесение Вакуумно-дуговой процесс испарения начинается с зажигания вакуумной дуги (характеризующейся высоким током и низким напряжением), которая формирует на поверхности катода (мишени) одну или несколько точечных (размерами от единиц микрон до десятков микрон) эмиссионных зон (так называемые «катодные пятна»), в которых концентрируется вся мощность разряда. Локальная температура катодного пятна чрезвычайно высока (около 15000 °C), что вызывает интенсивное испарение и ионизацию в них материала катода и образование высокоскоростных (до 10 км/с) потоков плазмы, распространяющихся из катодного пятна в окружающее пространство. Отдельное катодное пятно существует только в течение очень короткого промежутка времени (микросекунды), оставляя на поверхности катода характерный микрократер, затем происходит его самопогасание и самоинициация нового катодного пятна в новой области на катоде, близкой к предыдущему кратеру. 3.3. Магнетронное распыление Магнетронное распыление – разновидность диодного катодного распыления. Образование паров распыляемого вещества происходит в результате бомбардировки мишени ионами рабочего газа, которые образуются в плазме аномального тлеющего разряда. Наиболее простая схема магнетронного распыления приведена на рисунке 2. Рисунок 3 Схема магнетронной системы I – прокладки; 2 – основание; 3 – водяной канал; 4, 5 – корпус: 6 – постоянные магниты; 7 – вакуумная камера; 8 – анод; 9 – зона эрозии; 10 – катод - мишень Непосредственно под мишенью размещены постоянные магниты, создающие практически параллельное поверхности катода магнитное поле. Между анодом и катодом зажигается аномальный газовый разряд. В результате с катода выбиваются электроны, которые захватываются магнитным полем, и совершают в этом поле под действием силы Лоренца спиралевидное движение. Электроны, захваченные магнитным полем, проводят дополнительную ионизацию атомов инертного газа, что увеличивает, таким образом, интенсивность ионной бомбардировки поверхности катода и, соответственно, вызывает повышение скорости распыления. К основным взаимосвязанным характеристикам, определяющим скорость распыления мишени, относят напряжение разряда, ток разряда, давление рабочего газа и индукцию магнитного поля вблизи поверхности катода. В качестве рабочего газа в магнетронных распылительных системах обычно используется аргон. Магнетронные системы помимо высокой скорости распыления обладают рядом специфических особенностей, основной из которых является отсутствие бомбардировки подложки высокоэнергетическими вторичными электронами, являющимися основным источником радиационных дефектов в покрытии и нагрева подложек. В магнетронной распылительной системе вторичные электроны захватываются магнитной ловушкой и не бомбардируют подложку, что обеспечивает ей сравнительно низкую температуру. Это позволяет использовать эти системы для нанесения покрытий на подложки из материалов с относительно низкой термостойкостью
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg