Главная » 2014 » Июнь » 27 » Скачать Низкотемпературный синтез и автоэмиссионные свойства композитных углеродных пленок. Суздальцев, Сергей Юрьевич бесплатно
2:03 AM
Скачать Низкотемпературный синтез и автоэмиссионные свойства композитных углеродных пленок. Суздальцев, Сергей Юрьевич бесплатно
Низкотемпературный синтез и автоэмиссионные свойства композитных углеродных пленок
Диссертация
Автор: Суздальцев, Сергей Юрьевич
Название: Низкотемпературный синтез и автоэмиссионные свойства композитных углеродных пленок
Справка: Суздальцев, Сергей Юрьевич. Низкотемпературный синтез и автоэмиссионные свойства композитных углеродных пленок : диссертация кандидата технических наук : 05.27.02, 05.09.10 Саратов, 2005 118 c. : 61 06-5/266
Объем: 118 стр.
Информация: Саратов, 2005
Содержание:
1 Синтез и применение углеродных материалов в электронике
11 Аллотропия углерода получаемого из газовой фазы
12 Использование углеродных материалов в качестве катодов дляавтоэмиссионных приборов
13 Механизмы самоорганизующегося роста и проводимости структур сквантовыми точками
14 Применение СВЧ газового разряда в магнитном поле для полученияуглеродных материалов
15 Выводы и постановка задачи
2 Осаждение пленок углерода различных аллотропных модификаций вплазме СВЧ газового разряда
21 Установка для осаждения углеродных пленок в плазме СВЧ газовогоразряда с магнитным полем и методы исследования полученныхпокрытий
22Формирование графитовой фазы углерода при осаждении вацетиленсодержащих газовых смесях
23Низкотемпературный синтез пленок углерода различного состава вплазме паров этанола
24Выводы
3 Влияние параметров осаждения на рост композитных кластерныхуглеродных пленок
31Исследование микротопографии поверхности углеродных пленок
32 Влияние величины прокачки рабочего вещества на характер поверхностиполучаемых покрытий
33 Распределение кластеров по толщине углеродной матрицы
34 Выводы
4 Электронные свойства поверхности углеродных пленок различногосостава и структуры
41 Методика экспериментальных исследований диодов на основенанокластерных углеродных пленок
42 Влияние режима осаждения на автоэлектронные свойства углеродныхпленок
43 Влияние легирующей примеси на электронные свойства поверхностиуглеродных пленок
44 Выводы
5 Разработка электротехнологических методик синтеза композитныхуглеродных пленок
51 Управление характеристиками углеродных покрытий в процессе их роста
52 Основные технологические параметры в процессе осаждения углеродныхпленок
53 Синтез углеродных нанокластерных пленок для покрытияавтоэмиссионных катодов
54 Выводы
Введение:
Актуальность проблемы. Актуальной проблемой современной электроники является разработка устройств нового поколения включающих в себяприборы и устройства эмиссионной вакуумной микроэлектроники, а такжеплоские катодолюминесцентные информационные экраны использующиеавтоэлектронную эмиссию. Приборы вакуумной эмиссионной микроэлектроники превосходят полупроводниковые по порогу высокочастотного усиления,устойчивости к температурным и ионизирующим воздействиям, по широтевозможных применений к задачам развития электронной техники с экстремальными условиями эксплуатации [1,2].Благодаря широкому диапазону параметров процесса, синтез в плазме СВЧгазового разряда с магнитным полем является одним из перспективныхпроцессов получения различных углеродных материалов для электроннойтехники [11]. Однако, при получении любой из аллотропных форм углерода вусловиях низких давлений, процесс сопровождается, как правило, ростомграфитоподобной фазы, который часто является лимитирующей стадией [12].Поэтому во всех случаях непременно должны соблюдаться оптимальныекинетические условия образования заданной модификации углерода.Исследование условий и механизма синтеза нано- и микрокристаллическихуглеродных пленочных материалов различных аллотропных модификаций принизких давлениях и температурах имеет важное прикладное и фундаментальноезначение. В связи с этим интенсивно изучаются взаимосвязи между морфологией частиц и механизмом их развития, поверхностной топографией, электропроводностью и полевой эмиссией [10,13]. Весомый вклад в изучениеавтоэмиссионных процессов вообще и углеродных материалов в частности, внашей стране сделали Гуляев Ю.В., Елинсон М.И., Синицин Н.И. и др. видныеученые.Разработка технологических процессов получения материалов на основенаноразмерных кластеров углерода различных аллотропных модификаций иисследование их электрофизических свойств является актуальной задачей. Еерешение открывает новые возможности в создании перспективных прибороввакуумной СВЧ электроники, плоских экранов работающих на эффектеавтоэлектронной эмиссии, а также резонансно-туннельных и одноэлектронныхприборов.Цель работы. Разработка низкотемпературных технологических процессов получения пленок различных аллотропных модификаций углерода,создание на их основе композитных алмазно-графитовых автоэмиттеров.Основные задачи исследования:1. Поиск физико-технологических условий синтеза пленочных материаловразличных аллотропных модификаций углерода в углеродсодержащей СВЧплазме с магнитным полем.2. Исследование и разработка процессов низкотемпературного формирования наноалмазных материалов.3. Разработка низкотемпературной технологии получения композитныхалмазно-графитовых автоэмиссионных материалов. Определение закономерностей влияния параметров процесса получения на автоэмиссионные свойствакомпозитных наноалмазных автокатодов.Методы исследования. Эксперименты по осаждению углеродных пленокпроводились на установке СВЧ вакуумно-плазменного осаждения с магнитнымполем. Для определения толщины нанесенного слоя, изучения качестваповерхности, величины и поверхностной концентрации кластеров использовались микроскопы: интерференционный МИИ-4, лазерный эллипсометрическийЛЭМ-2М, оптический «Биолам М», сканирующий атомно-силовой и туннельный Р4-ЗРМ-МОТ. Оптические характеристики измерялись с помощьюспектрофотометра СФ-26. Параметры кристаллических решеток нанесенногоматериала определялись с помощью рентгеноструктурного анализа • наустановке ДРОН-3.0. Эмиссионные характеристики материала определялись надиодной структуре в условиях сверхвысокого вакуума.Научная новизна работы:1. На основании экспериментальных исследований, проведенных в плазмеСВЧ газового разряда низкого давления с использованием различныхуглеродосодержащих газовых сред, определены диапазоны измененияпараметров процесса, обеспечивающих смешанный или раздельный синтезалмазоподобных, графитоподобных и углеводородных полимерных пленочныхматериалов, в том числе, в виде самоорганизующихся наноалмазныхкластеров. Показаны различия в механизмах конденсации и большая энергоёмкость процесса образования графитовых пленок по сравнению с алмазоподобными и углеводородными.72. Впервые построена кинетическая диаграмма полиморфных превращенийв углеродных пленках, полученных в СВЧ плазме паров этанола низкогодавления, которая связывает влияние температуры подложки и давления пароврабочего вещества на синтез преимущественно алмазоподобного, графитоподобного, углеводородного полимерного материала.3. Впервые установлено, что углеводородные пленки, осаждённые из СВЧплазмы паров этанола низкого давления, представляют собой композитнуюсистему в виде наноалмазных кластеров распределенных в углеводороднойматрице. Показано влияние температуры конденсации, степени пересыщенияпаров этанола и толщины пленки на закономерности самоорганизованого ростананоуглеродных кластеров в углеводородной матрице.4. Определены диапазоны и исследованы закономерности влияния параметров процесса получения композитных алмазно-графитовых автокатодов вСВЧ плазме паров этанола низкого давления на их автоэмиссионные свойства.Показано, что улучшение эмиссионной способности графитоподобных пленокпри поверхностном легировании примесью кадмия эквивалентно улучшениюавтоэмиссии при увеличении содержания в них наноалмазной фазы.Практическая ценность работы:1. Технологические режимы СВЧ плазменного осаждения паров этаноланизкого давления, обеспечивающие одно или многофазное получение в однойтехнологической установке алмазоподобных, графитоподобных, углеводородных полимерных пленок, а также композитных углеродных пленок на ихоснове с широким диапазоном электрофизических свойств и областейприменения.2. Технологические режимы получения нового типа автокатодов на основекомпозитного наноалмазно-графитового материала, обеспечивающегостабильность эмиссии при амплитуде флуктуации тока 3,5%, с регулируемыми значениями напряженности электрического поля начала автоэлектрон2 2ной эмиссии от 15 до 7 В/мкм и плотности тока от 0,3 мА/см до 3 мА/см принапряженности поля менее 19 В/мкм.3. Новая технологическая методика синтеза наноалмазных порошков вуглеводородной матрице, исключающей их агрегатирование при длительномхранении, совместимая с обычными технологическими процессами микроэлектронного производства, обладающая возможностями управления ихразмером и концентрацией, а также непосредственного нанесения наноалмазов образующихся в углеводородной матрице на любые подложки и детали.2. Углеводородные полимерные пленки представляют собой композитныеструктуры с определенным распределением наноалмазных кластеров по объемуматрицы. Кластеры имеют максимальные размеры в приповерхностных слоях иуменьшаются с удалением в глубину от поверхности пленки. Управлениеразмером и концентрацией алмазных кристаллитов в объемной матрицедостигается изменением давления паров этанола в плазме и температурыподложки в пределах допускающих образование полимерного углеводородногоматериала.4. Увеличение содержания наноалмазных кристаллитов в графитовой матрицеулучшает эмиссионные способности композитного алмазно-графитовогоматериала, что эквивалентно улучшению достигаемому при поверхностномлегировании исходных графитовых пленок примесью кадмия.Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на16 международных конференциях и семинарах, в т.ч. «МегпаМопа! Уасишп9М1сгое1ес1гошсз СопГегепсе» 1УМС 1999, 2000, 2002 (Сегтапу, СЫпа, Ргапсе);«РиНегепез апс! а1огтс с1из1егз» 1\\ФАС 97, 99 ($1.Ре1;ег5Ъиг§); «1п1егпа1:юпа1Уасиит Е1ес1гоп Зоигсез СопГегепсе» 1УЕ8С 02 (Кизз^а); 4, 6 - 9 «Актуальныепроблемы твердотельной электроники и микроэлектроники» (Таганрог);Всероссийской научно-технической конференции «Микро- и наноэлектроника2001» (Звенигород); Международной межвузовской конференции «Современные проблемы электроники и радиофизики СВЧ» (Саратов, СГТУ); 2-ойМеждународной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки,материаловедение, технологии» (Москва. 2003), а также на научных семинарахСаратовского отделения Института Радиотехники и Электроники РАН. Публикации. Материалы, отражающие основное содержание работы,изложены в 13 статьях. Результаты работы отражены в отчетах по НИР,имеющих государственную регистрацию, в которых автор являлся ответственным исполнителем.Структура и объем диссертации. Работа изложена на 118 страницах исостоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературыиз 130 наименований, имеет 53 рисунка.