Способ осаждения наноразмерной пленки альфа-al2o3 (0001) на металлические подложки

Изобретение относится к нанотехнологиям, в частности к методам осаждения наноразмерной пленки α-Al2O3 (0001) на металлические подложки α-Al2O3 (0001) в условиях сверхвысокого вакуума. Проводят нагрев, испарение и осаждение оксида алюминия на металлическую подложку с определенной ориентацией кристаллов. Осуществляют осаждение испаряемого потока, состоящего из частиц AlO и (AlO)2. Испаряемый поток состоит из частиц AlO и (AlO)2, а после осаждения каждого последующего монослоя проводят экспозицию в молекулярном кислороде при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 3 минут при температуре подложки 700°C. Получается ориентированная высокостабильная наноразмерная пленка α-Al2O3 (0001) на чистой поверхности металла-подложки с сохранением межфазовой границы оксид-металл на атомном уровне. 3 пр.

 

Изобретение относится к методам осаждения тонких пленок на металлическую подложку, а именно к нанотехнологиям и наноструктурам.

Известен способ изготовления полярной упорядоченной тонкой пленки MgO («Method for preparing polar MgO order thin film», CN №1958455 (A), 2006.11.27), в котором на металлическую подложку в вакууме осаждают моноатомный слой магния, затем напускают в камеру O2 и нагревают сформированную подложку до температуры 400°C. После того как температура подложки стабилизируется, система естественным путем охлаждается до комнатной температуры, после чего процесс повторяется. Данная процедура приводит к формированию структурно-упорядоченной пленки оксида магния со структурой поверхности, соответствующей полярной грани кристалла MgO (111).

Недостатками этого способа являются: взаимная диффузия атомов магния и подложки, приводящая к нарушению структурного атомного порядка слоя магния и соответственно всего слоя оксида магния; а так же ожидаемая диффузия молекул кислорода сквозь слой магния и взаимодействие его с веществом подложки, приводящее к нарушению симметрии выращиваемой пленки. Оба указанных обстоятельства приводят к нарушению резкости межфазовой границы оксид-подложка, что существенно снижает характеристики получаемой системы.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ осаждения наноразмерной пленки α-Al2O3 (0001) на металлическую подложку в условиях сверхвысокого вакуума, включающий нагрев, испарение и осаждение оксида алюминия на металлическую подложку (EP 1616978 A1, МПК C23C 30/00, 18.01.2006, формула, пример).

Задачей изобретения является получение ориентированной, высокостабильной, наноразмерной пленки α-Al2O3 (0001) на чистой поверхности металла-подложки с сохранением резкости межфазовой границы оксид-металл на атомном уровне.

Поставленная задача достигается тем, что в условиях сверхвысокого вакуума порошок Al2O3 нагревают вольфрамовой спиралью до t≈2700-2800°C. При данной температуре происходит испарение Al2O3 с последующим осаждением молекул оксида на металлическую подложку, поддерживаемую при температуре 700°C.

В качестве подложки используют поверхность кристалла металла с определенной ориентацией, способствующей получению пленки α-Al2O3 (0001), так как на атомную структуру растущей пленки оксида алюминия значительное влияние оказывает симметрия подложки.

В процессе формирования пленки, после каждого очередного нанесенного монослоя, проводят экспозицию в молекулярном кислороде при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 3 минут при температуре подложки 700°C.

Получаемая таким образом пленка оксида алюминия, начиная с толщины в 5 ангстрем, обладает стехиометрией Al2O3, атомной структурой соответствующей поверхности α-Al2O3 (0001) и электронными свойствами, характерными для массивного оксида алюминия.

В процессе формирования пленки оксида алюминия указанным способом не происходит диффузии напыляемых частиц AlO и (AlO)2 в подложку, что обеспечивает формирование резких межфазовых границ металл-оксид на атомном уровне. Вместе с тем при непосредственном контакте частиц AlO с поверхностью подложки происходит изменение свойств межатомной Al-O связи по сравнению со связью Al-O в массивном оксиде алюминия. Как следствие, первый мономолекулярный слой обладает новыми уникальными электронными свойствами, не характерными для массивного кристалла.

Как видно из изложенного техническая задача реализуется полностью и в сравнении с известным техническим решением - прототипом, имеет большие преимущества:

1) Высокая стабильность получаемых пленок α-Al2O3 (0001) - термическая обработка даже при высоких температурах (1000-1500°C) не приводит к изменению свойств пленки оксида алюминия.

2) В отличие от MgO (111), где пленка стабильна только при малой толщине - 5 монослоев (при больших толщинах структура (111) разрушается), толщина формируемой пленки α-Al2O3 может быть достаточно большой - порядка 100 монослоев с сохранением стабильности, структуры и электронных свойств.

3) Имеется возможность «настройки» электронных свойств поверхности пленки оксида алюминия при сверхнизких толщинах 1-2 монослоя, когда электронные свойства поверхности обусловлены ослаблением межатомной Al-O связи.

Пример 1

Порошок оксида алюминия чистотой не ниже 99,96%, нанесенный на вольфрамовую нить диаметром 0,35 мм, в условиях сверхвысокого вакуума нагревается до температуры 2700-2800°C, при которой плотность потока испаряемых частиц оксида алюминия составляет 3×1014 частиц/мин × см2. При осаждении таких частиц на атомарно чистую поверхность кристалла Mo (110), поддерживаемую при температуре 700°C и при последующей выдержке каждого нанесенного монослоя оксида алюминия в атмосфере кислорода при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 3 минут, образуется сплошная упорядоченная стехиометрическая пленка оксида α-Al2O3 (0001), начиная с монослойного покрытия.

Пример 2

Порошок оксида алюминия чистотой не ниже 99,96%, нанесенный на вольфрамовую нить диаметром 0,35 мм, в условиях сверхвысокого вакуума нагревается до температуры 2700-2800°C, при которой плотность потока испаряемых частиц оксида алюминия составляет 4×1014 частиц/мин × см2. При осаждении таких частиц на атомарно чистую поверхность кристалла W (110), поддерживаемую при температуре 800°C и при последующей выдержке каждого нанесенного монослоя оксида алюминия в атмосфере кислорода при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 4 минут, образуется сплошная упорядоченная стехиометрическая пленка оксида α-Al2O3 (0001), начиная с монослойного покрытия.

Пример 3

Порошок оксида алюминия чистотой не ниже 99,96%, нанесенный на вольфрамовую нить диаметром 0,35 мм, в условиях сверхвысокого вакуума нагревается до температуры 2700-2800°C, при которой плотность потока испаряемых частиц оксида алюминия составляет 5×1014 частиц/мин × см2. При осаждении таких частиц на атомарно чистую поверхность кристалла Re (0001), поддерживаемую при температуре 850°C и при последующей выдержки каждого нанесенного монослоя оксида алюминия в атмосфере кислорода при парциальном давлении 2×10-7 мм рт.ст. в течение 4 минут, образуется сплошная упорядоченная стехиометрическая пленка оксида α-Al2O3 (0001), начиная с монослойного покрытия.

Способ осаждения наноразмерной пленки α-Al2O3 (0001) на металлическую подложку в условиях сверхвысокого вакуума, включающий нагрев, испарение и осаждение оксида алюминия на металлическую подложку с определенной ориентацией кристаллов, отличающийся тем, что осуществляют осаждение испаряемого потока, состоящего из частиц AlO и (AlO)2, при этом после осаждения каждого последующего монослоя проводят экспозицию в молекулярном кислороде при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 3 минут при температуре подложки 700°C.



 

Похожие патенты:

Данное изобретение относится к покрытию для режущего инструмента и способу его нанесения. Покрытие для режущего инструмента имеет по меньшей мере один слой, содержащий металлические компоненты, имеющие формулу AlxCr1-x, где x представляет собой атомную долю, удовлетворяющую 0≤x≤0,84, и содержит неметаллические компоненты, имеющие формулу O1-yZy, где Z представляет собой по меньшей мере один элемент, выбранный из группы N, B, C, и 0≤y≤0,65, а предпочтительно y≤0,5.

Изобретение относится к способу получения пленочного металлсодержащего углеродного наноматериала, который может быть использован в различных элементах электроники, в частности при разработке фоторезисторов, фотоприемников, фотодиодов и элементов фотовольтаики.
Изобретение относится к способу антикоррозионной обработки металлической детали. .

Изобретение относится к барьерным слоям, обеспечивающим снижение проницаемости материала для конкретных субстанций. .

Изобретение относится к технологии повышения стойкости режущих инструментов за счет нанесения на их поверхность многокомпонентных износостойких покрытий. .

Изобретение относится к нанесению алюминиевого покрытия на металлическую деталь, а именно на полую деталь, содержащую внутреннюю рубашку, а также к рубашке для циркуляции охлаждающего воздуха, алюминированной полой лопатке газотурбинного двигателя и направляющему сопловому аппарату газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к методам формирования теплозащитных покрытий на лопатках турбин, и в особенности газовых турбин авиадвигателей и энергетических установок.

Изобретение относится к области упрочнения режущего твердосплавного инструмента и может быть использовано в машиностроении, в частности в технологии металлообработки.

Изобретение относится к получению вольфрам-углерод-медного покрытия на медных контактных поверхностях. .
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам ионной обработки поверхности деталей из конструкционных сталей, в частности, типа 30ХГСН2А. .

Изобретение относится к области физической и коллоидной химии и может быть использовано при получении полимерных композиций. Тонкодисперсную органическую суспензию углеродных металлсодержащих наноструктур получают взаимодействием наноструктур и полиэтиленполиамина.

Устройство предназначено для проведения зондовых измерений на объектах, имеющих сложную форму, например на трубах в нефтяной и атомной отраслях промышленности. Сущность изобретения заключается в том, что в сканирующий зондовый микроскоп для исследования крупногабаритных объектов, включающий измерительную головку с пьезосканером и зондом, сопряженными с блоком анализа и управления, модуль сближения, три опорные стойки, установленные на измерительной головке, и привод измерительной головки, включенный в модуль сближения, дополнительно введена платформа, на которой установлен двухкоординатный стол, сопряженный с корпусом, установленным на нем с возможностью вращения, на котором установлен модуль сближения, в котором закреплена измерительная головка с пьезосканером и зондом.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам нанесения защитных покрытий. Может использоваться в энергетическом машиностроении для защиты деталей, подверженных механическим нагрузкам, высоким температурам и воздействию агрессивной рабочей среды.
Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может быть использовано для хирургического лечения несросшихся переломов и ложных суставов трубчатых костей при наличии дефицита мягких тканей.

Изобретение относится к области получения нанопорошков. Способ получения суперпарамагнитных частиц никеля включает смешивание соединений никеля и полиольного спирта, последующий нагрев полученной смеси, ее охлаждение и центрифугирование, промывку и высушивание полученного осадка.
Изобретение относится к получению наноструктур. Содержащую карбид наноструктуру получают осаждением на основу нанослоя металла или неметалла, или их окислов и последующей карбидизацией путем обработки в угарном газе в присутствии угля или сажи при температуре 1400-1500°С.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению модифицированных наночастиц железа. Может использоваться для изготовления магнитоуправляемых материалов/магнитореологических жидкостей, радиопоглощающих покрытий, уменьшающих радиолокационную заметность объектов.

Изобретение относится к применению ультрадисперсных серебросодержащих систем в качестве противовоспалительных, антиэкссудативных и ранозаживляющих агентов. Ультрадисперсные серебросодержащие системы представляют собой нанокомпозиты нуль-валентного металлического серебра с размером частиц 10-25 нм, которые стабилизированы арабиногалактаном или его сульфатированным производным.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению дисперсноупрочненной высокоазотистой аустенитной стали с нанокристаллической структурой.

Система обнаружения зонда (74) для использования со сканирующим зондовым микроскопом содержит систему обнаружения высоты (88) и систему обнаружения отклонения (28). Когда сканируется поверхность образца, свет, отраженный от зонда (16) микроскопа, разделяется на две составляющие.

Изобретение может быть использовано при получении композиционных материалов. Исходные углеродные наноматериалы, например нанотрубки, нанонити или нановолокна, обрабатывают в смеси азотной и соляной кислоты при температуре 50-100°С не менее 20 мин, промывают водой и сушат. Затем пропитывают спиртовым раствором олигоорганогидридсилоксана, например олигоэтилгидридсилоксана или олигометилгидридсилоксана, выпаривают, сушат на воздухе при температуре не более 200°С не менее 20 мин. После этого прокаливают в инертной среде при температуре 600-800°С не менее 20 мин. Полученные углеродные наноматериалы с нанесенным диоксидом кремния имеют высокую стойкость к окислению. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 6 пр.

Изобретение относится к нанотехнологиям, в частности к методам осаждения наноразмерной пленки α-Al2O3 на металлические подложки α-Al2O3 в условиях сверхвысокого вакуума. Проводят нагрев, испарение и осаждение оксида алюминия на металлическую подложку с определенной ориентацией кристаллов. Осуществляют осаждение испаряемого потока, состоящего из частиц AlO и 2. Испаряемый поток состоит из частиц AlO и 2, а после осаждения каждого последующего монослоя проводят экспозицию в молекулярном кислороде при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 3 минут при температуре подложки 700°C. Получается ориентированная высокостабильная наноразмерная пленка α-Al2O3 на чистой поверхности металла-подложки с сохранением межфазовой границы оксид-металл на атомном уровне. 3 пр.

Наверх