WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Полупроводниковые соединение AIV BVI, благодаря высокой фоточувствительности в средневолновом инфракрасном диапазоне, нашли широкое применение в приборах оптоэлектронных систем различного назначения.

Целью работы является получение одного из представителей полупроводниковых соединений AIV BVI – высокодисперсного порошка сульфида свинца путем непрерывной бомбардировки механической смеси хлорида свинца и кристаллической серы атомами водорода.

Генерация атомов водорода осуществлялась при пропускании водорода через разряд, создаваемый между двумя электродами, один из которых подсоединен к фидеру ВЧ- генератора, а второй заземлен.

Хлорид свинца марки ч.д.а. и серу ромбической модификации в соотношении 1:2 смешивали в боксе, продуваемом инертным газом. Механическую смесь в количестве 5 г помещали на технологическую подложку. Протекание физико-химических превращений в процессе непрерывной бомбардировки механической смеси атомами водорода контролировалось с помощью рентгенофазового анализа.

Начальный период взаимодействия водорода с механической смесью характеризуется обильным газовыделением, связанным с возгонкой серы. Для предотвращения данного эффекта исходные компоненты механически смешивались в вибромельнице с частотой 23 Гц в течение 40 мин.

Дифрактограмма продуктов реакции, полученных после 30 мин бомбардировки механической смеси атомами водорода, демонстрирует существенное ослабление интенсивности рефлексов отражений исходных компонентов.

На рис. 3а показан характер изменений интенсивности рефлексов исходных компонентов (PbCI2) и продукта реакции (PbS) в зависимости от продолжительности бомбардировки смеси атомами водорода.

Зарождение новой фазы – сульфида свинца в составе исходного компонента происходит при 80 мин бомбардировки механической смеси атомами водорода. Об этом свидетельствует наличие пока слабых по интенсивности рефлексов отражений PbS на рентгенограмме (рис. 3б).

С увеличением продолжительности бомбардировки возрастает количество данной фазы и, как видно из рис. 3в, при 200 мин бомбардировки дифрактограмма продуктов реакции состоит исключительно из рефлексов сульфида свинца.

Для объяснения полученных результатов нами предложена схема реакций, согласно которой в процессе бомбардировки происходит автономное взаимодействие атомов водорода с хлоридом свинца. Это приводит к частичному его восстановлению и, тем самым, к нарушению насыщенности валентных связей. Образовавшееся летучее соединение (HnS), при реакции атомов водорода с серой, адсорбируется на поверхности порошков хлорида свинца. Ненасышенность химических связей хлорида свинца, а также непрерывное обеспечение механической смеси энергией, за счет рекомбинационных актов атомов водорода, стимулируют процесс обменной реакции на границе фаз с последующим формированием высокодисперсных порошков сульфида свинца.

Глава III. Гомогенная и гетерогенная химическая реакция

образования металлических нитридных пленок и порошков

Высокая реакционная способность металлических наночастиц, их большая склонность к взаимодействию, даже со средой своего формирования, а также их стремление к самопроизвольной коалесценции в обычных условиях стимулируют поиск новых и эффективных методов их консервации и пассивации.

Удельная поверхность носителей и осажденных на них слоев определяются с использованием вакуумной установки.

Предварительно реактор вакуумной установки вакуумировали до остаточного давления 0.4 кПа и наполняли парами бензола, который замораживался на стенках реактора при его охлаждении жидким азотом. После образования достаточной толщины слоя матрицы включали испаритель металла.

В качестве испаряемого металла и органической матрицы использовали алюминий марки «А-99.999» и бензол «х. ч.».

Было установлено, что испарение металла в атмосфере водорода протекает при низких температурах испарителя. Руководствуясь этому было обнаружено, что при испарении алюминия при различных температурах испарителя, но при фиксированном значении толщины матрицы высокая температура накала, из-за наличия теплового потока и излучения, приводит к частичному оплавлению поверхности матрицы. В свою очередь это отражается на процесс коагуляции поступивших на подложку атомов металла.

Для формирования малых металлических частиц алюминия использовалась вакуумная установка, основной частью которой является сферический реактор, охлаждаемый жидким азотом.

В реакторе сделаны специальные вводы, с помощью которых обеспечивается подвод энергии для испарения металла. Контроль температуры испарения осуществлялся пирометром через оптический ввод в реакторе. Скорость испарения и изменение давления контролировались автоматически с помощью весов, вакуумно-соединенных с реактором, и кварцевого датчика, изготовленного по типу манометра Бурдона.

Испарение алюминия массой 310-2 г проводилось на поверхности конденсированной матрицы, формирующейся при замораживании 5,0; 20,0; и 60 г бензола. Степень изоляции испаренных атомов металла контролировалась с помощью электронного микроскопа.

Было установлено, что при осаждении алюминия на матрице с большим количеством молекул формируются металлические частицы малого размера с равномерным распределением их в матрице.

В случае испарения алюминия при различных температурах испарителя, но при фиксированном значении толщины матрицы было обнаружено, что высокая температура накала из-за наличия теплового потока и излучения приводит к частичному оплавлению поверхности матрицы. Это, в свою очередь, отражается на процесс коагуляции поступивших на подложку атомов металла.

После конденсации бензола на стенках в реактор поступал очищенный от паров воды и кислорода водород давлением 1.3 Па. Нами было установлено, что в среде частично диссоциированного водорода затрата на испарение алюминия в четыре раза меньше, чем в вакууме.

Представляет значительный интерес, с нашей точки зрения, исследование физико-химических превращений, вызванных при внедрении частиц алюминия в органической матрице.

ИK-спектроскопическими исследованиями было установлено, что при испарении алюминия в вакууме не наблюдается образование новых химических связей с участием частиц металла. В случае испарения алюминия в атмосфере водорода в ИK-спектре продукта, наряду с полосами поглощения в областях 2750 - 3100, 1520 - 1620, 600-700 см-1, относящихся соответственно к валентным колебаниям =C=H, C=C и внеплоскостным деформационным колебаниям C-H- связи ароматического кольца, наблюдалась полоса поглощения в области 720 - 730см-1, относящаяся, по-видимому, к колебанию Al-C связи (рис. 4).

Рис. 4. ИK-спектр поглощения бензол-алюминиевой композиции

Согласно нашему предположению, в образовании химической связи алюминия с ароматическим кольцом существенную роль играют атомы водорода, генерируемые в результате термической диссоциации H2 на нагретой поверхности накала. Атомы водорода при столкновении с матрицей вступают в реакцию с С=С-H группой бензольного кольца, тем самым нарушая насыщенность валентных связей матрицы.

Это в какой-то степени приводит к переходу молекулы из нейтрального в полярное состояние. Нарушение насыщенности валентных связей и полярность молекулы бензола способствуют притягиванию поступающего атома металла и формированию химической связи с бензольным кольцом.

Тонкие пленки нитрида алюминия являются перспективным материалом для различных отраслей техники. Уникальное сочетание высокой теплопроводности, термической и химической стойкости, большие значения ширины запрещенной зоны и диэлектрической проницаемости, слабое затухание поверхностных акустических волн позволяют использовать это соединение в различных областях микроэлектроники, акустоэлектроники и оптоэлектроники.

Так как образование тонких пленок в процессе бомбардировки хлорида алюминия атомами водорода является результатом автокаталитического разложения летучего хлоралового соединения на подложке, можно предположить, что при дозировании газообразного аммиака в процессе бомбардировки AlCl3 атомами водорода возможно осаждение пленок нитрида алюминия.

Хлорид алюминия марки «ч.д.а» в количестве 5 г загружали на технологическую подложку и бомбардировали атомами водорода. Генерацию атомов водорода осуществляли на ВЧ - плазмохимической установке.

После появления налета на стенках в реактор поступало заданное количество аммиака и через ~15 мин наблюдали интенсивное осаждение пленок. С целью установления структуры пленок к стенке реактора прикрепляли медные сеточки с напыленной углеродной пленкой, которые после завершения эксперимента и разгерметизации реактора исследовали на электронном микроскопе JEM-1100CX. Состав пленок анализировали методом ИK-спектроскопии в области 200-4000 cм-1 c помощью спектрофотометра М-80.

Бомбардировку хлорида алюминия продуктами разложения аммиака и водорода проводили при различном мольном соотношении газов в реакторе.

На рис. 5 представлены ИK-спектры поглощения пленок, осажденных при соотношении H2:NH3=4.0 и 0,1. Как видно, спектры характеризуются наличием полос поглощения при 1700; 935 и 350 см-1, относящихся к колебаниям Al-H, Al-N и Al-N-Al связей соответственно. При мольном отношении H2:NH3=4.0 в спектре ИК-поглощения осажденных пленок появляется полоса при 3350 cм-1 характерная для N-H связи (рис. 5а).

Рис 5. ИК-спектры поглощения пленок нитрида алюминия, полученных при соотношении компонентов газовой смеси в реакторе H2:NH3=4,0 (a) и 0,1 (б).

Увеличение интенсивности полос поглощения нитридной фазы алюминия с возрастанием содержания аммиака в реакторе является характерной особенностью пленок, ИK-спектры которых приведены на рис. 6.

На рис. 6 представлена зависимость площадей характерных полос поглощения от соотношения компонентов газовой смеси.

Полученные результаты обусловлены, по-видимому, механизмами диссоциации рабочих газов в высокочастотном разряде. Диссоциация аммиака является пороговым процессом и коэффициент диссоциации прямо пропорционален значениям приведенной напряженности поля и, следовательно, более высокие значения на-

пряженности в разряде обеспечивают большие скорости диссоциации.

В нашем случае с увеличением содержания аммиака в реакторе при неизменной мощности разряда возрастает коэффициент его диссоциации и, следовательно, концентрация продуктов распада в объеме.

Таким образом, формирование достаточной концентрации хлораловых соединений и азотсодержащих радикалов, за счет атомов водорода, образовавшихся при распаде H2, NH3, и возрастания значений соответственно создает благоприятные условия для осаждения тонких пленок нитрида алюминия.

Рис 6. Зависимость величины площадей полос поглощения Al-N и Al-H связей от соотношения H2:NH3

При значительном превышении содержания водорода над аммиаком в газовой смеси в реакторе в ИK- спектре пленок появляется полоса поглощения N-H-связи, что можно объяснить протеканием гомогенной реакции хлораловых соединений с продуктами разложения H2 и NH3 в разряде.

Согласно существующим представлениям, появление N-H-связей может быть, во-первых, связано с непосредственным взаимодействием атомов водорода из газовой фазы с пленкой на рабочей подложке, чему способствует дефектность структуры пленок и, как следствие, ненасыщенность химических связей. Во вторых, образование N-H-связи может протекать в газовой фазе в результате взаимодействия радикала NH2 с молекулой AlHCl2 по схеме:

Рис. 7. Дифракционная картина пленок нитрида алюминия, осажденных при H2:NH3=0,1 течение 150 мин.

На рис. 7 представлена дифракционная картина пленок нитрида алюминия, полученных при непрерывной бомбардировке хлорида алюминия продуктами разложения H2 и NH3 при их соотношении 1:10 в течение 150 мин. Как видно, эти пленки имеют гексагональную структуру.

Таким образом показано, что гомогенная реакция хлораловых соединений с продуктами разложения аммиака в электрическом разряде приводит к осаждению нитридных пленок алюминия. Нами обнаружено существенное влияние концентрации аммиака в реакционной зоне на фазовый состав и структуру пленок нитрида алюминия.

Оксидная керамика традиционно является основным сырьевым ресурсом в качестве строительного материала для изготовления кирпича, черепицы, облицовочных плиток, огнеупорных и кислотостойких футеровок печей и ванн. Материалы на основе чистых оксидов и сложных оксидных соединений также широко применяются в качестве диэлектрических подложек интегральных схем, электроизоляторов и конденсаторной керамики.

Керамические материалы на основе нитридов, боридов и карбидных соединений металлов обладают высокими эксплуатационными характеристиками в широком интервале температур, термомеханических нагрузок и частот электромагнитного поля.

Одной из задач исследования являлось изыскание возможности получения порошков карбида бора инициированием водородом твердофазной реакции ангидрида бора и углерода.

Ангидрид бора (“х.ч.”) и графит (“о.с.ч.”) при соотношении 1:2 механически перемешивались в инертной атмосфере. Механическая смесь в количестве 5 г переносилась на технологическую подложку высокочастотной (ВЧ) плазмохимической установки и подвергалась бомбардировке атомами водорода. Генерация атомов водорода проводилась на ВЧ-установке.

Бомбардировка механической смеси атомами водорода сопровождалась бурным газовыделением.

Идентификация газообразных компонентов проводилась на хроматографе “Газохром” с использованием трех разделительных колонок и в качестве газа – носителя гелий с расходом 20-30 см3.

Расчет процентных концентраций проводился по калибровочным кривым методом сопоставления расчетных площадей пиков на хроматограмме.

В результате проведенных анализов нами было установлено, что основным компонентом газификации графита является метан.

С целью предотвращения процессов газификации графита исходные компоненты механически перемешивались на вибрационной мельнице объемом 180 см3, частотой вибрации 23 Гц, массы шаров 150 г и диаметра шаров 8 мм в течение 120 мин. Далее, полученная механическая смесь подвергалась бомбардировке атомами водорода в течении 40; 80; 120 и 200 мин. Во всех случаях независимо от продолжительности бомбардировки, как показали результаты РФА, продукты реакции проявляли аморфность структуры.

В табл. 1 представлены результаты химического анализа и состав продуктов реакции в зависимости от продолжительности бомбардировки смеси водородом.

Из табл. 1 видно, что независимо от продолжительности бомбардировки механической смеси водородом формируются порошки карбида бора нестехиометрического состава.

Таблица 1

Результаты химического анализа порошков

карбида бора

Pages:     | 1 || 3 |






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