WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ХИДИРОВ МУРОДАЛИ САИДОВИЧ

РАЗРАБОТКА ПЛАЗМОХИМИЧЕСКИХ

МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

КАРБИДНЫХ И НИТРИДНЫХ ПЛЕНОК

И ПОРОШКОВ

02.00.04 Физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Душанбе - 2006

Работа выполнена в лаборатории «Комплексная переработка минерального сырья и отходов» Института химии им. В.И.Никитина Академии наук Республики Таджикистан

Научные руководители: доктор технических наук, доцент Шерматов Нурмахмад

кандидат технических наук, доцент Идиев Махмадрезбон Тешаевич

Официальные оппоненты: доктор химических наук

Абдусалямова Максуда Негматуллаевна

кандидат технических наук

Рузиев Джура Рахимназарович

Ведущая организация: Отдел материаловедения Академии наук Республики Таджикистан

Защита состоится «_13_»__декабря__ 2006 г. в _1000_ часов на заседании диссертационного совета Д 047.003.01 при Институте химии им. В.И.Никитина Академии наук Республики Таджикистан по адресу: 734063, г.Душанбе, ул. Айни, 299/2, E-mail: gulchera@list.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии им. В.И. Никитина Академии наук Республики Таджикистан.

Автореферат разослан «_11_» __ноября__ 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат химических наук Касымова Г.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее десятилетие двадцатого столетия получили широкое развитие экспериментальные исследования плазмы, связанные со многими важными проблемами: управляемого термоядерного синтеза, создание плазменных преобразователей энергии, плазменных двигателей, разработка плазменных генераторов и др.

В микроэлектронике обработка материалов «холодной» плазмой дала возможность получить пленочные элементы микросхем, которые обладают новыми уникальными свойствами.

Ныне, при создании тонкопленочных материалов, все больше используются процессы травления материалов химически активными частицами, генерируемыми в потоке низкотемпературной плазмы газовых разрядов.

Одним из высокоэффективных способов генерации атомов водорода, широко применяемым для решения многих фундаментальных и прикладных проблем, является диссоциация водорода в низкотемпературной плазме газового разряда.

Генерация атомов водорода в плазме газового разряда используется для организации гетерогенных процессов формирования тонких пленок и твердофазных химических реакций получения высокодисперсных, металлических, сульфидных и карбидных порошков. Использование хлоридов металлов, как исходного реагента для получения металлических пленок, прежде всего обусловлено тем, что гетерогенная химическая реакция атомов водорода с хлоридами энергетически выгодна, протекает в более мягких условиях, и не наблюдается загрязнения пленок побочными продуктами реакции.

Следует отметить, что низкая температура травления и возгонки большинства хлоридов металлов заставляет проводить гетерогенные химические реакции при строгом учете количества попадающих атомов и, соответственно, энергии, вносимой ими в обрабатываемый материал.

Одной из отличительных особенностей процессов, протекающих в низкотемпературной плазме газового разряда, является возможность регулирования количества попадающих атомов и энергии, вносимой ими в материал, путем варьирования геометрии плазмохимического реактора, электрических величин разряда и месторасположения материала относительно центра плазмы. Это позволяет без дополнительных экспериментальных исследований, путем моделирования гетерогенных процессов, определять оптимальные условия получения пленок с различными физико-химическими свойствами.

Цель работы заключается в разработке плазмохимических методов получения полупроводниковых соединений AIIIBV и AIVBVI, тонких пленок нитрида алюминия, стабилизации малых металлических частиц в органической матрице и получении порошков карбида бора с инициированием атомов водорода.

Для реализации цели поставлены следующие задачи:

  • исследование роли гидрида алюминия в осуществлении химических реакций образования мелкодисперсных порошков антимонида индия с применением инициированных атомов водорода в потоке плазмы;
  • исследование гомогенной реакции аммиака, паров хлорида алюминия в потоке плазмы и получение пленок нитрида алюминия;
  • получение порошков карбида бора с помощью гетерогенной химической реакции;
  • разработка методов пассивации и стабилизации малых металлических частиц алюминия с применением бензола.

Научная новизна работы:

  • установлен существенный вклад атомов водорода и гидрида алюминия в образование полупроводниковых порошков AIIIBV и AIVBVI.
  • показано, что бензол при низких температурах может быть использован как стабилизирующая среда для сохранения малых металлических частиц алюминия от окисления;
  • обнаружено существенное влияние концентрации аммиака в реакционной зоне на фазовый состав и структуру пленок нитрида алюминия;
  • изыскана возможность получения порошков карбида бора инициированием водородом твердофазной реакции ангидрида бора с углеродом.

Практическая значимость работы. Разработан принципиально новый способ получения полупроводниковых пленок и порошков путем осуществления твердофазных реакций при активном участии атомов водорода и некондиционного гидрида алюминия.

Установлена существенная роль гомогенной и гетерогенной химических реакций в образовании металлических, нитридных и карбидных пленок и порошков.

Основные положения, выносимые на защиту:

  • результаты исследований роли гидрида алюминия в проведении химических реакций образования мелкодисперсных порошков антимонида индия;
  • результаты исследований по формированию высокодисперсных порошков сульфида свинца;
  • результаты исследований получения металлических частиц алюминия и их стабилизация бензолом;
  • результаты исследований гомогенной реакции аммиака и паров хлорида алюминия в потоке плазмы и получение пленки нитрида алюминия;
  • результаты исследований гетерогенной химической реакции получения порошка карбида бора.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на конференции молодых ученых, посвященной 80-летию академика М.С.Осими (Душанбе, 2000г.); научной конференции молодых ученых, посвященной 50-летию АН РТ (Душанбе, 2001г.); научной конференции, посвященной 1000-летию Н.Хусрава (Курган-Тюбе, 2003г.); научно-практической конференции «Год пресной воды» (Курган-Тюбе, 2004г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 4 статьи и тезис доклада.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка библиографических названий, включающего 133 публикации, изложена на 94 страницах компьютерного набора, содержит 4 таблицы и 16 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, изложены цель, задачи, научная новизна, практическая ценность диссертации и ее структура.

В первой главе рассматриваются сведения о низкотемпературной плазме и ее применение для генерации химически активных частиц. Приводится математическое описание распределения химически активных частиц в реакторах. Анализируются способы формирования и физико-химические свойства высокодисперсных порошков металлических и полупроводниковых элементов, а также возможность применения хлоридов и сульфидов в качестве исходных компонентов для получения структур тонких пленок и порошков.

Во второй главе рассматривается математическое описание механизмов образования и разложения гидрида алюминия. Приводятся результаты исследования роли гидрида алюминия в осуществлении химических реакций образования мелкодисперсных порошков антимонида индия. Изыскана возможность использования бензола для стабилизации малых металлических частиц с целью получения порошков сульфида свинца.

Третья глава посвящена гомогенным и гетерогенным химическим реакциям образования металлических, нитридных, карбидных пленок и порошков.

Глава I. Состояние вопроса

В данной главе приведен обзор современных достижений из области низкотемпературной плазмы для генерации химически активных частиц являющихся носителями энергии, характеризуемой высокой мобильностью, реакционноспособностью, а так же способностью в завершении химических реакций. Они широко применяются в синтезе и модифицировании полупроводниковых материалов.

Процессы рекомбинации атомов играют существенную роль в гетерогенном катализе, изучении механизма реакций электролитического выделения водорода, цепных реакций и т.д.

Гетерогенная рекомбинация атомов газа на поверхности твердого тела – катализатора рассматривается, как процесс, состоящей из адсорбции, столкновения атома, движущегося из газовой среды и образование молекулы газа.

Структура и свойства пленок, получаемых методом испарения металлов в вакууме, в значительной степени определяются составом конденсирующейся фазы. Использован принцип моделирования траектории движения испаренных атомов и образовавшихся из них кластеров с помощью метода Монте-Карло, в котором каждое очередное значение изменяющейся величины разыгрывается по определенному закону с использованием генератора случайных чисел.

Методы формирования и физико-химические свойства высокодисперсных порошков металлических и полупроводниковых элементов связаны с появлением более эффективных источников энергии.

Рассматривается возможность применения хлоридов и сульфидов в качестве исходных компонентов для получения структур пленок и порошков.

Глава II. Изыскание возможности использования механизмов

разложения неконденционного гидрида алюминия в получении

полупроводниковых пленок и порошков

Для генерации химически активных частиц и проведения гетерогенных химических реакций, была использована высокочастотная емкостная плазмохимическая установка с внешними электродами.

Антимонид индия относится к классу узкозонных полупроводников. Благодаря эффективному преобразованию ИК-излучения в электрический сигнал он широко применяется в различных оптоэлектронных приборах.

Генерацию атомов водорода осуществляли на высокочастотной (ВЧ) плазмохимической установке, при пропускании молекулярного водорода через разряд, создаваемый между двумя электродами, один из которых подсоединен к фидеру ВЧ-генератора, а второй заземлен.

Использовали исходные реагенты со следующими степенями чистоты: Sb2S3-«ос.ч.»; InCl3-«х.ч.»; Sb2O3-«х.ч.» и индий марки «Экстра».

Сульфид сурьмы и индий в соотношении 1:1 смешивали в боксе, продуваемом инертным газом. Механическую смесь в количестве 5 г помещали на кварцевую подложку. Реактор, вместе с погруженной подложкой, обезгаживали до остаточного давления 0,13 Па; после промывки водородом устанавливалось давление водорода ~70 Па.

Химические превращения в процессе бомбардировки механической смеси атомами водорода контролировали РФА. Для этого через определенный промежуток времени (~30 мин) бомбардировки снимали дифрактограмму продуктов реакции на дифрактометре ДРОН-1,5 в CuK-излучении.

Несмотря на многочасовую бомбардировку механической смеси атомами водорода антимонид индия не формируется, хотя в некоторых случаях на дифрактограмме появлялись рефлексы отражений сурьмы.

Так как гидрид алюминия значительно ускоряет химические реакции, бомбардировке атомами водорода подвергали механическую смесь сульфида сурьмы и индии с добавкой гидрида алюминия. Как показали результаты РФА, уже после 40 мин бомбардировки наблюдалась существенная трансформация рефлексов исходных компонентов. По мере увеличения продолжительности бомбардировки интенсивность рефлексов новой фазы-антимонида индия возрастала (рис. 1а). После бомбардировки механической смеси сульфида сурьмы и индия атомами водорода в течение 240 мин дифрактограмма продуктов реакции состояла из набора рефлексов, относящихся к антимониду индия и металлическому алюминию (рис. 1б). Рефлексы, относящиеся к гидриду алюминия, на дифрактограмме не приведены.

Идентифицирование рентгенограмм свидетельствует о формировании кубического антимонида индия с параметром решетки а=6,475±0,05 А0.

Рис. 1. Дифрактограммы механической смеси Sb2S3+ln в присутствии гидрида алюминия до (а) и после бомбардировки атомами водорода в течение 240 мин (б).

Гетерогенную химическую реакцию атомов водорода с механической смесью Sb2O3+InCl3 в присутствии гидрида алюминия исследовали с целью установления типа и роли промежуточных продуктов реакции в формировании мелкодисперсных порошков антимонида индия. В случае сульфида сурьмы и кристаллического индия обнаружить и идентифицировать промежуточные продукты не удалось.

Влияние продолжительности бомбардировки механической смеси атомами водорода на интенсивность рефлексов исходных компонентов (InCl3, Sb2O3) и продуктов реакции показано на рис. 2.

Рис. 2. Дифрактограммы Sb2O3+InCl3+AlHn<3 до (а) и после бомбардировки атомами водорода в течение 80 (б), 200 (в), 300 мин (г.)

Как видно из рис. 2б, после 80 мин бомбардировки на дифрактограмме появляются рефлексы оксохлорида сурьмы. С увеличением продолжительности бомбардировки до 200 мин наблюдается исчезновение рефлексов данной фазы и появление новых рефлексов, относящихся к SbCl3, Al(OH)3 и кристаллическому индию (рис. 2в). Формирование четких рефлексов отражений целевого продукта – антимонида индия происходит после бомбардировки в течение 300 мин (рис. 2г).

C помощью РФА показана принципиальная возможность формирования порошков антимонида индия при непрерывной бомбардировке атомами водорода механических смесей Sb2S3+In и Sb2O3+InCl3.

Установлен существенный вклад газообразных продуктов бомбардировки механических смесей атомами водорода и гидрида алюминия в образовании антимонида индия.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»