13. Иондық-плазмалық тұндыру әдісі.

Наноұнтақтарды алу үшін энергия көзі ретінде плазманы немесе лазер сәулесін қолданады. Плазмада қарапайым жағдайда жүрмейтін реакцилар өтеді. Реакция 10^-3-10^-6 c жүреді. Бұл кезде реакция зонасынан өнімді жылдам алып тұру керек. Ионды плазманы көбінесе электр доғамен, электронды жоғары жиілікті өрістен, немесе олардың комбинациясынан алады. Осындай процесске қолданылатын аппараттарды плазматрон деп атайды. Плазматронға жіберілетін бастапқы өнім ретінде газдар, сұйық немес қатты денелерде болуы мүмкін. Жалпы иондық тұндыру дегеніміз - материалдарды инертті газ иондарымен немесе тұндырылатын материал иондарымен тұндыру. Төсеніш бетінде екі түрлі процесс жүреді. Пленка материалын тұндыру және оны иондармен атқылау. Иондық атқылау кезінде тозаңдану мен төсеніш беті және тұндырылатын пленканың активациясы жүреді, яғни иондық атқылау ұрықпайда болу процесіне және пленканың кинетикалық өсуіне өз әсерін тигізеді. Төсенішті иондық атқылау арқылы болатын ионды – плазмалық тұндыру, теріс электрпотенциалын беру арқылы жүргізіледі ( 200-300В). Иондық атқылау процесі тұндыруға дейін, тұндыру кезінде және тұндыру аяқталғаннан кейінде жүре береді. Пленкаларды ионды – плазмалық тұндырудың басқалардан ерекшелігі тозаңдатылатын нысананы бомбардирлейтін және плазманы пайда қылдыратын, түзетін техникалық средстволардың болуы. ионды – плазмалық тұндырудың триодты құрылғыларында плазмаға қатысты теріс потенциал берілетін, тозаңдалатын нысан үшінші электрод болып табылады. Сонда құрылғыда үш электрод болады: анод, катод және тозаңдалатын нысана. Төсеніш нысанаға қарсы орналасады. Анод пен катод арасындағы разрядтағы инертті газ иондары, плазмадан шығып күшті тездетуші электр өрісі әсерінен нысанаға юбағытталып, оны атқылайды. Нысанаға өткізгіш материал үшін тұрақты теріс кернеу беруге болады. Ток разрядын күшейту үшін ток иондарының тығыздығына термокатод пайдаланылады. Вакуумдық камерада плазманы белгілі бір аумақта ұстап тұру үшін магнит өрісі пайдаланылады. Периодты жүйелерде ішкі камерада қысым Па-ды құрайды. Нысананы тозаңдату жылдамдығы 0,02-0,3 мкм/мин.

14. Импулсьтік электротұндыру әдісі

Кей металдар мен құймалар үшін наноматериалдар алу үшін импульстік электртұндыру әдісі өте тиімді, онда кристаллиттердің туындау жылдамдығы жоғары және адсорбциялық және десорбциялық ингибирлеуші процестер арқасында олардың өсу жылдамдығының төмен болуы қамтамасыз етіледі.

Практикада пленканы қолдану мен әр түрлі жабындылар жасауға деген қызығушылық, оларды тұндырудың жолдары пленканы импульсті күшті иондар шоғына негізделген абиляционды плазмадан алуға үлкен көңіл бөлуге әкелді. Импулльсті концентирленеген энергия ағындарының ішінде абиляционды плазманы тудыруға ( импульсті электрондар шоқтары, импульсті лазерлік сәулелендіру, импульсті плазмалық ағындар ) импульсті күшті иондар ағыны пайдаланылады. Металдар мен жартылайөткізгіштерге арналған иондар жүрістер (пробег) материалдың жылуөткізгіштігімен импульстің ұзақтығын анықтайтын жұтылатын энергия тереңдңгіне тең. Ол арқылы біз иондық шоқтармен тасымалданатын энергияның жоғары коэффициетін анықтайды. Бізге белгілі жұқа пленкаларды вакуумдық тұндыруда көптеген проблемалар кездеседі: нысана материалын пайдалануда төмен коэффициент, химиялық қасиеті күрделі пленкаларды алуда нысананың стехиометриялық қасиетін сақтай алмауы, тұңдыру жылдамдығының төмендігі. Осы проблемаларды импульсті күштік иондар шоғымен шеше аламыз. Әдістің ерекшклігі тұндыру абиляционды плазманың тығыздығын пайдалану арқылы жүреді. Сол арқылы оның айналасын таралуы(~105 см/с)жоғары. Аталған әдіс күн элементтерін GaAs материалы негізінде алуда кеңінен қолданады. Импульстік элктротұндыру әдісін наноталшықтарды алу өндірісінде қолданады.

15. CVD әдісі және анықтауыш факторлары CVD әдісі (химиялық газды фазалық тұндыру) бастапқы зат жеке камерада буланады, одан соң газдық фаза арқылы таңдап алынған төсенішке қажетті мөлшерде тұндырылады. Пленка синтезінің сұлбасы, CVD-әдісімен:

1 - реактор; 2 - төсеніш; 3 – бастапқы компонент салынған ыдыс; 4 – буды араластырғыш; 5 – Будың конденсаторы (зат буының конденсациясы үшін жылуалмасу аппараты); 6 – пеш 7 – газы бар баллондар;

8 – вакуумды сорғы Таңдалған төсеніште жұқа пленкалар алуға арналған құрылғының сұлбасында прекурсорларды булауға арналған сиымды ыдыспен, прекурсорлардың буын жіберу, қоспа газдары мен тасымалдағыш газдарды жіберу және айдау жүйесімен қамтылған төсеніші айналатын реактор бар.

Ұшқыш заттар ретінде, мысалы метал пленкасын алу үшін ұшқыш металдардың карбонилы, металлдардың алкил қоспасы және метал галогенидтері қолданылады. Бастапқы қосылыстың ыдырау процессі төсеніштің температурасымен, сонымен қатар газдық қоспа мен бу температурасымен анықталады. Төсеніштің температурасы төмен болған жағдайда, мысалы 130 - 190°С Fe(CO)5 үшін және 100 - 150°С Ni(CO)4 үшін пленканың өсуі карбонилдердің ыдырау жылдамдығымен анықталады, ~ 200° С температурада пленканың өсуі диффузионды аймаққа көшеді және баяулайды, өте жоғары температурада пленканың өсуі мүлде тоқтайды, өйткені прекурсор төсенішке жетпей ыдырайды. Реактордың ішінде тұрған төсеніштің қызуы электр тогын немесе жоғары жиіліктегі индукциялық токты өткізуінен, ИҚ сәулеленуінен және т.б.

CVD анықтауыш факторлары

Буландырғышта ұшқыш прекурсорлардың (Прекурсор (лат. — бастамашы; жол салушы; негізін қалаушы) — белгілі мақсаттағы зат алу реакциясына қатысатын зат) қызу температурасы пленканың түзілуіне қатты әсерін тигізеді, өйткені реакторға парды жіберу жылдамдығына себепші болады.

Екінші фактор реактордағы қысыммен газды айдау жылдамдығы. Қысымды арттырғанда төсеніш үстінде карбонилдердің ыдырауы баяулайды және пленканың өсуі тоқтайды, сонымен қатар қысымды және прекурсорды жіберу жылдамдығын азайтатын болсақта пленканың өсуі баяулайды.

Үшінші фактор металы бар қосылыс концентрациясы. Прекурсор концентрациясын арттыруда реактор көлемінде оның ыдырауы туындайды және аэрозольді әдістегідей металлдың жеке кластерлері түзіледі. Прекурсор буының араластыру пленканың түзілу жылдамдығын түсіреді. Катализ қоспаларының әсері карбонилдердің ыдырау температурасын түсіреді және пленканың түзілу жылдамдығын арттырады. Молекулярлы қабатша әдісі беттік химиялық реакциядан тұрады. Мысалы, золь-гель әдісі бойынша бірнеше қабаттан тұратын наноөлшемді пленкалар алуға болады.

Нанопленкаларды коллоидты ерітінділерді тұндыру және буландыру жолымен алуға болады.

Бұнда жоғары ұйымдасқан пленкаларды алуда оның беріктілігінде үйлесімсіздік туындайды. Мысалы, төсенішке кластерлердің еркін түсуінен ұйымдасқан болып келеді, бірақ төзімді емес, ал кластерлерді лигандалармен біріктіру (Лигандалар (аффинанттар) — ерімейтін тасымалдаушымен байланысқан антигендер мен антиденелердің функционалды белсенді молекулалары.) және оларды беріктік қылып жасау олардың ұйымдастығын жояды.

16. Нанопленкаларды алудың эффективті әдісі Ленгмюра–Блоджетт технологиясы. Нанопленкаларды алудың эффективті әдісі Ленгмюра–Блоджетт технологиясы.

Бұл әдіс Нобель сыйлығының лауреаты Ленгмюрмен 1920 жылы ұсынылған және 1935 жылы оның коллегасы Блоджетпен ары қарай дамытылған. Ленгмюр-Блоджет ваннасының көмегімен сұйық фаза бетіндегі пленканы қатты бетке ауыстырады. Нәтижесінде, молекулярлы қабаттар саны реттелген ұйымдасқан нанопленка алынады.Судың беттік қабатында металл иондары мен оның комплекстері кіре алатын Беттік Активті Зат моноқабаты қалыптасады. Судың бетіне амфифильді қоспадағы (БАЗ) ерітнндіні бұркиміз. Амфифильді қоспа – сулы және сулы емес ерітінділерде ассоциаттар түзе алатын молекулалары полярлы және неполярлы топтарға ие. Амфифильді қоспалар – әр түрлі бет деңгейлерінде активті болып келеді және ерітіндіде агрегаттар түзе алады. Бұл БАЗ қа сай, көптеген процестерде кең қолданылады. Заттың мөлшері оның моноқабатының ауданы Ленгмюр ваннасының жұмыс бетінің ауданынан аспау керек. Моноқабатты сұйықкристалды күйге ауыстыру үшін және оны қатты төсеніштің бетіне көшіру үшін жүзбелі тосқауыл арқылы беттік қысым беріледі. Бұл қысым арнайы таразылармен бақыланады. Ары қарай микрометрлік өлшем бойынша моноқабықша жанынан см/мин тен см/сек ке дейінгі жылдамдықпен төсеніш төмен түсіріледі немесе жоғары көтеріледі. Әр қабықшаны төсеу алдында бұл пленкада қысымды ұстап тұру үшін тосқауыл автоматты түрде солға қарай жылжиды,. Моноқабықшаларды төсенішке тұндыру ерітінді температурасына және рН көрсеткішіне тәуелді. Төсеніштің орнын жылжыту бағытына қарай Л-Б пленкасы әр түрлі молекулярлы ориентациямен түзіледі. Төсенішті төменге қарай жылжытқанда Қатты гидрофобты бетте төсенішке БАЗ гидрофобты хвосттарымен бағытталған монослой қалыптасады, бұл Х-типті құрылымды түзеді (а), ал гидрофильді төсенішті жоғары қарай жылжытұда Z –типті құрылым қалыптасады (б).

Гидрофобтылық — заттың (материалдардың) суды бойына сіңірмеу, су жұқтырмау қасиеті. Оған жататындар: көптеген металдар, органикалық қосындылар және бір сыпыра минералдар. Гидрофобтылық материалдармен металл бұйымдардың сыртын қаптау оларды коррозиядан сақтайды..

Гидрофилділік— заттың (материалдың) суға шыланғыштық қасиеті. Мұндай қасиет маталарды жылдам бояу, жуу және ағарту жұмыстарында пайдаланылады. Л-Б пленкаларының мономерлі сондай ақ полимерлі түрін алуға болады.

Полимерлі пленкаларды алудың үш түрлі варианты келтірілген:

1)Сұйық бетінде полимер моноқабаттарының қалыптасуы және оларды қатты төсенішке көшіру,

2)Мономерлерден моноқабаттардың түзілуі кейінгі полимеризациясымен, содан кейін қатты төсенішке көшіру,

3)Мономерлерден моноқабаттардың түзілуі оны қатты төсенішке көшіру, содан кейін Л-Б пленкасында полимеризация.