Способ получения пленок на основе сложных оксидов

 

Использование: в каталитической, сверхпроводящей, лазерной, СВЧ-технике, магнитооптике, интегральной оптике. Сущность изобретения: готовят рабочий раствор, содержащий 5 20 мас. поливинилового спирта, 0,1 5 мас. солей металлических компонентов пленки и воду и дополнительно вводят 1 20 мас. полимерного компонента из группы водорастворимых, например метилцеллюлозу или поливинилпирролидон. Рабочий раствор наносят послойно с промежуточной сушкой слоев при комнатной температуре и нагревом не менее двух слоев при 400 550°С до удаления органической компоненты. Затем проводят окончательный отжиг при 600 960°С. Введение дополнительного полимерного компонента, имеющего код температурной зависимости относительных линейных размеров, противоположный поливиниловому спирту, приводит к тому, что в процессе нагрева пленка деформируется незначительно, в ней уменьшаются механические напряжения, чем предотвращается ее разрушение. 1 табл.

Изобретение относится к технологии тонкопленочных материалов и может быть использовано для получения сверхпроводящих, каталитических материалов, в магнитооптике, лазерной технике, интегральной оптике, СВЧ-технике.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения пленок на основе сложных оксидов, включающий приготовление рабочего раствора, содержащего спирт, соли металлических компонентов пленки, остальное вода. Раствор наносят послойно на подложку, после чего нагревают до 300-500^оС и после удаления органических веществ окончательно отжигают при 650-800^оС.

Недостаток такого способа недостаточно высокий выход годных деталей ввиду того, что при нагревании в пленках возникают механические напряжения, связанные с их деформацией (см. таблицу). Механические напряжения приводят в ряде случаев к нарушению сплошности пленок и ухудшению их оптических характеристик.

Цель изобретения повышение выхода годных деталей, снижение в них механических напряжений.

Цель достигается тем, что готовят рабочий раствор, содержащий 0,1-5 мас. солей металлических компонентов сложного оксида, 5-20 мас. поливинилового спирта, остальное вода. В этот раствор дополнительно вводят 1-20 мас. полимерного компонента из группы водорастворимых, нивелирующего ход температурной зависимости линейных размеров пленки, например металцеллюлозу или поливинилпирродидон. Рабочий раствор наносят послойно с сушкой слоев при комнатной температуре и промежуточным нагревом не менее двух слоев до удаления органической части. Окончательный отжиг проводят при 600-960^оС.

П р и м е р 1. Готовят водный рабочий раствор, содержащий нитраты иттрия, кальция и ванадия аммония. Соотношение компонентов рассчитано на состав феррограната Y_2,4Ca_0,6Fe_4,7V_0,3O₁₂. Содержание металлических компонентов 0,1 мас. В раствор добавляют 20 мас. поливинилового спирта и 1 мас. метилцеллюлозы. После растворения полимеров раствор фильтруют. Берут подложку из галлий-гадолиниевого граната ориентации <111> закрепляют ее на центрифуге и наносят рабочий раствор с промежуточной сушкой и прогревом каждых двух слоев при 400^оС. После удаления органической части пленки процесс повторяют. После 3 циклов нанесения проводят окончательный отжиг при 800^оС 1 ч. Получают ориентированную магнитооптическую пленку толщиной 0,4 мкм без механических разрывов сплошности, обладающую эффектом Фарадея 500 град/см (на длине волны λ 6328).

П р и м е р 2. Для получения сверхпроводящей пленки состава YBa₂Cu₃O_7-б берут раствор формиатов бария, иттрия, меди в воде, содержащий 10 мас. металлических компонентов. К первому раствору добавляют отдельно приготовленный раствор поливинилового спирта и метилцеллюлозы. Содержание полимеров в рабочем растворе составляет 5 и 20 мас. соответственно. Подложку MgO ориентации <100> покрывают рабочим раствором при вращении последней. После нанесения и сушки 2 слоев их прогревают до удаления органической части при 550^оС. Цикл нанесения проводят 6 раз. Окончательный отжиг осуществляют при 960^оС в течение 0,5 ч, затем выдерживают пленку при 500^оС в токе кислорода 10 ч. Получают пленку толщиной 0,5 мкм с перпендикулярной к подложке ориентацией кристаллов и температурой перехода в сверхпроводящее состояние 83% Пленка не имеет разрывов и внутренних механических напряжений.

П р и м е р 3. Для получения пленки MgFe₂O₄ со структурой шпинели берут раствор нитратов магния и железа с содержанием металлических компонентов 1 мас. в него добавляют раствор полимеров. В результате рабочий раствор содержит 10 мас. поливинилового спирта и 5 мас. поливинилпирролидона. Подложку из стекла К8 покрывают 2 раза по 2 слоя рабочим раствором с промежуточной сушкой слоев при комнатной температуре и прогревом до удаления органической части при 450^оС. Окончательный обжиг проводят в течение 1,5 ч при 600^оС. Получают пленки шпинели толщиной 0,2 мкм без механических разрывов и дефектов.

Дополнительное введение в рабочие растворы таких полимеров, которые имеют ход температурных зависимостей линейных размеров противоположный таковому для первого полимерного компонента (поливинилового спирта), нивелируют ход общей кривой (см. таблицу) и таким образом снижает возникающие механические напряжения. В отсутствие сильных механических напряжений пленки имеют лучшие оптические характеристики не разрушаются при нагреве. При использовании предлагаемого способа увеличивается выход годных деталей на 30-50% за счет уменьшения доли пленок с когезионным нарушением сплошности.

При этом наличие первого, более пластичного полимерного компонента необходимо, т. к. например, в присутствии одной только метилцеллюлозы или поливинилпирролидона пленки дают сильную усадку, становятся хрупкими и разрушаются в процессе нагрева.

Концентрации добавляемого нивелирующего полимерного компонента выбраны исходя из того, что при концентрациях менее 1% эффект снижения механических напряжений проявляется недостаточно, а большие чем 20 мас. концентрации приводят к охрупчиванию пленок.

Изобретение может быть также использовано для получения высокодисперсных порошков сложных оксидов.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ СЛОЖНЫХ ОКСИДОВ, включающий приготовление рабочего раствора, содержащего соли металлических компонентов пленки, спирт и воду, послойное нанесение его на подложку, нагрев слоев до удаления органической компоненты и отжиг пленки, отличающийся тем, что в качестве спирта берут поливиниловый, в раствор дополнительно вводят водорастворимый полимер, например метилцеллюлозу или поливинилпирролидон, при следующем соотношении компонентов, мас.

Соли металлических компонентов пленки в пересчете на металлы 0,1 -5,0 Поливиниловый спирт 5 20 Водорастворимый полимер 1 20 Вода Остальное после нанесения раствора на подложку проводят промежуточную сушку слоев при комнатной температуре и нагрев не менее двух слоев при 400 550^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3