ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК ТА2О5 ИЗ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ
Развитие современной электронной техники, электротехнической и оптической промышленности требует создания новых тонкопленочных материалов с заданными свойствами. Сущность образования оксидных пленок состоит в том, что химический состав исходных пленкообразующих соединений претерпевает ряд изменений: сначала в растворе, затем в момент формирования пленки на поверхности подложки и, наконец, при термической обработке [1]. Следовательно, получение пленок с заданными свойствами, прежде всего, требует знания тех преобразований, которые претерпевает пленкообразующий компонент в растворе и на поверхности подложки. В соответствии с этим целью настоящей работы являлось получение тонких пленок на основе оксида тантала (V), изучение процессов формирования пленкообразующих растворов (ПОР) во времени и установление стадий образования пленки при термообработке.
Исходным веществом для приготовления ПОР являются кристаллы соли тантала, выделенные из водного раствора гептафторотанталата калия. Рентгенофазовый анализ этого соединения показывает, что основной фазой выделенных кристаллов является - K2TaF7. Пленкообразующие растворы готовили на основе 96 %-ого этилового спирта и фторидного комплекса тантала. После приготовления ПОР химический состав его компонентов претерпевает ряд изменений, обусловленных сольволизом анион ТаF72- с последующей поликонденсацией. Такие преобразования приводят к изменению вязкости системы и постепенному переходу раствора из золя в гель. Методом рентгенофазового анализа установлен состав высушенного при 333 К ПОР: основная фаза - Ta3O7F, примесные фазы - K3TaOF6.
С целью установления пленкообразующей способности растворов и возможностью получения из них пленок исследована взаимосвязь между вязкостью растворов и временем. Созревание раствора происходит на вторые сутки. В это время вязкость системы меняется в результате слабого сольволиза. Начиная с пятого и до 55-го дня, процессы в ПОР замедляются, поэтому уменьшается скорость изменения вязкости, значение вязкости в эти дни остается постоянным. Через 55 дней после приготовления ПОР из золя переходит в гель, вследствие образования полимерных частиц.
Процессы, протекающие в ПОР, исследовали ИК-спектрометрически для ПОР 1, 10 и 20 суток со дня приготовления раствора. Анализ спектров поглощения раствора позволяет сделать вывод о хаpaктере строения частиц пленкообразующего раствора ИК-спектры пленкообразующих растворов снятые в первый, десятый и двадцатый дни существенно отличаются друг от друга. В области валентных колебаний Та - F - в ИК-спектре ПОР первого дня наблюдаются две полосы хаpaктеризующие колебания базальных F - лигандов (620 см-1) и аксиального атома фтора (500 см-1). В ИК-спектрах 10 и 20 дней наблюдается только по одной полосе поглощения при 450 см-1. Это может свидетельствовать об одинаковом прострaнcтвенном положении атомов фтора относительно связи Та - О. Понижение частоты колебания связей Ta - F по мере старения ПОР, видимо, связано с уменьшением прочности Ta - F связей. Широкая полоса при 950 см-1 в ИК-спектре свежеприготовленного ПОР позволяет полагать, что атом кислорода связан с атомом тантала двойной связью. Эта полоса не проявляется в спектрах последующих дней. Уширение полос в области 1085 - 1050 см-1на 10 и 20 дни, свидетельствует о появлении в системе мостиковых связей - Та - О - Та - [2]. В спектрах этих дней присутствует широкая полоса с максимумом вблизи 720 см-1 подтверждающая, что атомы тантала соединены друг с другом через атомы кислорода.
Исследование показывает, что в водно-спиртовой смеси анион ТаF72- подвергается сольволизу с образованием изолированных полиэдров ТаОn, которые в результате процесса оляции-оксоляции, протекающего в кислой среде через образование оловых мостиков, объединяются в систему октаэдров связанных через атомы кислорода.
Формирование пленок при проведении термообработки протекает ступенчато. В таблице 1 приведены температуры основных стадий формирования пленок Та2О5 и рассчитанные по методу Горовица - Метцгера энергии активации каждых стадий [3]. При нагревании порошка, полученного путем высушиваниея при 333 К спиртового раствора K2TaF7, по данным термического анализа, протекают следующие процессы: 1) испарение воды с поверхности пленкообразующего порошка; 2) испарение воды, входящей в структуру порошка и удаление растворителя; 3) происходит образование аморфного оксида тантала.
Таблица 1. Кинетические хаpaктеристики формирования пленок по данным термического анализа
|
Стадия формирования |
Температурный интервал, К |
Энергия активации, кДж×моль-1 |
Степень превращения, % |
|
I |
410 - 463 |
55 |
29 |
|
II |
463 - 533 |
116 |
17 |
|
III |
563 - 650 |
234 |
54 |
В работе получены пленки на кремниевых подложках, исследованы их оптические и электрофизические свойства, адгезия (табл. 2). Полученные оксидные пленки тантала равномерные, не содержат макропор, обладают хорошей адгезией к подложкам, устойчивы к агрессивным средам (минеральным кислотам, щелочам).
Морфология поверхности полученной пленки изучена с использованием растрового электронного микроскопа SEM - 515. Микроскопические исследования пленок на основе оксида тантала (V), полученные кремниевых подложках при температуре отжига 923 К в течение 60 минут показывают, что пленки в основном однородные. В некоторых местах на поверхности пленки наблюдаются отдельные кристаллы размером от 500 до 750 нм. Исследование образца в хаpaктеристическом рентгеновском излучении калия показало, что калий сосредоточен в этих кристаллах. Вероятно, на поверхности пленки остается фторид калия.
Таблица 2. Физико - химические свойства пленок на основе Та2О5
|
Температура Т, К |
923 |
|
Толщина d, нм |
11,14 |
|
Показатель преломления n |
2,27 |
|
Поверхностное сопротивление r, Ом |
106 |
|
Адгезия F, кг/мм2 |
0,5061 |
Таким образом в работе получены тонкие пленки на основе оксида тантала (V). Методами ИК-спектроскопии, термогравиметрии изучены процессы протекающие в ПОР, установлена последовательность основных стадий формирования Та2О5 из пленкообразующих растворов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Точицкий Э. И. Кристаллизация и термообработка тонких пленок. - Минск: Наука и техника. 1976. 314 с.
- Харитонов Ю.Я., Буслаев Ю.К.« ИК-спектры поглощения оксофторидов некоторых металлов» // Известия АН СССР. Серия химическая , 1964, №5, С. 808 - 814.
- Фиалко М.Б. Неизотермическая кинетика в термическом анализе. - Томск: Изд-во ТГУ, 1981. - 108 с.
В течение продолжительного времени проводились триботехнические испытания различных термодиффузионных покрытий на изнашивание при трении скольжения. Они позволили сделать ряд принципиальных обобщений по взаимообусловленности структурного состояния покрытий и кинетики процессов износа.
В результате моделирования фрикционных процессов широкого класса материалов было получено эмпирическое уравнение для коэффициента трения, отражающее параметрическое влияние свойств материала покрытий, реологию поверхностного трения и свойство смaзoчного материала.
...
18 10 2026 17:47:20
Статья в формате PDF
118 KB...
17 10 2026 22:39:41
Статья в формате PDF
257 KB...
16 10 2026 14:56:22
Статья в формате PDF
311 KB...
15 10 2026 15:33:50
Статья в формате PDF
106 KB...
14 10 2026 2:24:45
Статья в формате PDF
340 KB...
13 10 2026 3:23:24
Статья в формате PDF
103 KB...
12 10 2026 17:56:18
Статья в формате PDF
103 KB...
10 10 2026 20:35:29
Статья в формате PDF
114 KB...
09 10 2026 6:26:44
Статья в формате PDF
276 KB...
07 10 2026 9:48:52
Статья в формате PDF
117 KB...
06 10 2026 4:58:13
Статья в формате PDF
284 KB...
05 10 2026 8:52:35
Приведены новые авторские и литературные данные по петрологии и мантийно-коровому взаимодействию на основании изотопных соотношений стронция и неодима при формировании карбонатитов различных регионов мира. По изотопии стронция и неодима устанавливаются различные компоненты мантии, участвовавшие в генерации карбонатитов: PREMA, HIMU, FOZO, BSE, EM I, EM II.
...
04 10 2026 6:11:12
Статья в формате PDF
122 KB...
03 10 2026 12:51:43
Статья в формате PDF
122 KB...
02 10 2026 9:17:54
Статья в формате PDF
151 KB...
01 10 2026 21:32:53
Главным критерием оценки качества применяемых педагогических технологий, в том числе и при дистанционной форме обучения, становится не сама по себе сумма полученных знаний, а умение человека применить эти знания для решения конкретных жизненных или профессиональных задач. Однако на сегодняшний день в полной мере выявить достижение этой цели не представляется возможным. При этом одна из задач состоит в оценке качества педагогических технологий.
...
30 09 2026 23:42:38
Статья в формате PDF
275 KB...
29 09 2026 23:19:23
Статья в формате PDF
110 KB...
28 09 2026 3:57:32
Статья в формате PDF
133 KB...
27 09 2026 17:15:29
Статья в формате PDF
129 KB...
26 09 2026 16:40:41
Статья в формате PDF
119 KB...
25 09 2026 16:57:29
Статья в формате PDF
135 KB...
24 09 2026 21:37:18
Статья в формате PDF
104 KB...
23 09 2026 10:44:44
Статья в формате PDF
103 KB...
22 09 2026 12:26:54
Рассмотрен вариант синхронного деления клеток. Предложены кинетические уравнения, описывающие рост, размножение и гибель микроорганизмов с учетом как естественной cмepтности, так и внутривидовой борьбы. Рассматривается квазистационарный метод решения уравнения для определения плотности функции распределения микроорганизмов по возрастам. Предложен явный вид коэффициента диффузии в прострaнcтве масс. Получено аналитическое решение в квазистационарном приближении для плотности функции распределения микроорганизмов по возрастам для случая, когда рост клетки пропорционален ее массе (объему).
...
21 09 2026 1:54:25
Использование двухфазной экстpaкции в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ) обеспечивает увеличение выхода гидрофильных и липофильных биологически-активных веществ (БАВ) из растительного сырья.
Экстрагировали высушенные плоды шиповника 70% этиловым спиртом и подсолнечным маслом в присутствии различных комбинаций эмульгаторов твина-80 и Т-2 (ГЛБ = 5,5÷14,5).
Показано, что по сравнению с двухфазной экстpaкцией без ПАВ переход каротиноидов (липофильных БАВ) в масляную фазу возрастает в 1,5 раза в присутствии эмульгатора 2-го рода (ГЛБ = 5,5) и не изменяется в присутствии эмульгатора 1-го рода (ГЛБ = 14,5). Переход гидрофильных БАВ (аскорбиновая кислота) в водно-спиртовую фазу возрастает в 2 раза при ГЛБ = 14,5 и падает с уменьшением чисел ГЛБ.
...
20 09 2026 18:31:17
Статья в формате PDF
101 KB...
18 09 2026 23:47:28
Статья в формате PDF
245 KB...
17 09 2026 3:49:41
Статья в формате PDF
254 KB...
16 09 2026 15:23:55
Статья в формате PDF
120 KB...
15 09 2026 2:45:14
Статья в формате PDF
123 KB...
14 09 2026 0:56:14
Приводится вывод уравнений для расчета координационного числа в неупорядоченных конденсированных системах: в зернистых материалах, в композитах с твердой монодисперсной фазой, в жидких металлах и при критическом состоянии вещества. В выводах этих уравнений используется основной их топологический параметр – средняя плотность упаковки структурных элементов дискретности. Знание координационного числа элементов дискретности неупорядоченных систем необходимо для определения многих их свойств: физических, механических, реологических и др., совокупность которых вытекает из их топологических состояний: твердого, псевдотвердого, жидкого, псевдожидкого и критического.
...
13 09 2026 22:56:29
Статья в формате PDF
104 KB...
12 09 2026 19:35:41
Изучены видовой состав и экобиоморфы лишайников, проведена комплексная оценка роли экологических факторов в развитии лишайникового покрова карстовых воронок на территории Северо-Западного Кавказа.
...
11 09 2026 11:28:52
Статья в формате PDF
248 KB...
10 09 2026 15:23:28
Статья в формате PDF
112 KB...
09 09 2026 17:57:41
Еще:
Поддержать себя -1 :: Поддержать себя -2 :: Поддержать себя -3 :: Поддержать себя -4 :: Поддержать себя -5 :: Поддержать себя -6 :: Поддержать себя -7 :: Поддержать себя -8 :: Поддержать себя -9 :: Поддержать себя -10 :: Поддержать себя -11 :: Поддержать себя -12 :: Поддержать себя -13 :: Поддержать себя -14 :: Поддержать себя -15 :: Поддержать себя -16 :: Поддержать себя -17 :: Поддержать себя -18 :: Поддержать себя -19 :: Поддержать себя -20 :: Поддержать себя -21 :: Поддержать себя -22 :: Поддержать себя -23 :: Поддержать себя -24 :: Поддержать себя -25 :: Поддержать себя -26 :: Поддержать себя -27 :: Поддержать себя -28 :: Поддержать себя -29 :: Поддержать себя -30 :: Поддержать себя -31 :: Поддержать себя -32 :: Поддержать себя -33 :: Поддержать себя -34 :: Поддержать себя -35 :: Поддержать себя -36 :: Поддержать себя -37 :: Поддержать себя -38 ::
