ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК ТА2О5 ИЗ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩИХ РАСТВОРОВ

Авторы
Файлы

Лисеенко О.В. Мишенина Л.Н. Статья в формате PDF 137 KB

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 ТаF₇^2- 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^-1подтверждающая, что атомы тантала соединены друг с другом через атомы кислорода.

Исследование показывает, что в водно-спиртовой смеси анион ТаF₇^2- подвергается сольволизу с образованием изолированных полиэдров ТаО_n, 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.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ

Статья в формате PDF 104 KB...

17 06 2026 15:53:53

ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИКО-ДИНАМИЧЕСКОГО ФОРМИРОВАНИЯ КРОТОВИН

Статья в формате PDF 299 KB...

16 06 2026 23:10:32

КУЛЬТУРНОЕ НАСЛЕДИЕ СТАВРОПОЛЬЯ: ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННОСТЬ

Статья в формате PDF 141 KB...

15 06 2026 20:34:11

МОДЕРНИЗАЦИЯ ГРОХОТА С ЭЛЕМЕНТАМИ ДИНАМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

В статье даны пpaктические рекомендации для проектирования вибратора грохота, который по технологическим соображениям был переведён в режим работы с повышенной частотой вращения и уменьшенной амплитудой. Разработана динамическая схема грохота и предложен алгоритм решения дифференциального уравнения. Короб грохота рассматривался как одномассная система с элементами переменной жесткости опор короба, что позволило определить требуемую возмущающую силу вибратора и величину статического момента массы дeбaлансов при заданных кинематических параметрах. На основе полученных результатов разработана рациональная конструкция дeбaлансов. ...

14 06 2026 13:57:42

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ШПИНДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ МЕТАЛЛООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ С ГАЗОМАГНИТНЫМИ ОПОРАМИ

Статья в формате PDF 119 KB...

13 06 2026 12:13:26

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИНТЕГРАЦИИ СИСТЕМЫ ВЫСШЕЙ МЕДИЦИНСКОЙ ШКОЛЫ 

Статья в формате PDF 303 KB...

12 06 2026 17:11:55

К ВОПРОСУ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ВНУТРЕННЕГО ШЛИФОВАНИЯ

Статья в формате PDF 290 KB...

11 06 2026 18:12:39

Личностно-деятельностный подход в педагогике и фpaктальная структура ее объектов

Статья в формате PDF 112 KB...

10 06 2026 11:36:32

СОРТИМЕНТНО-СТОИМОСТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕРЕВЬЕВ НА ПРОБНОЙ ПЛОЩАДИ РАЗНОВОЗРАСТНОГО СОСНЯКА

Способ глазомерного учета выхода сортиментов из деревьев лесного древостоя широко применялся в дореволюционное время под названием коммерческая таксация. Исходя из биотехнического принципа в лесной экономике показана возможность выполнения коммерческой таксации древостоя моделированием стоимостных и возрастных распределений лесных деревьев по текущим рыночным ценам на круглые лесоматериалы. ...

09 06 2026 21:19:17

ФАКТОРЫ ДИНАМИКИ РАЗВИТИЯ СЕМЬИ ВОЕННОСЛУЖАЩЕГО: КОНФЛИКТНОСТЬ И ТОЛЕРАНТНОСТЬ

Статья в формате PDF 102 KB...

08 06 2026 1:28:25

ВЛИЯНИЕ ДЕПРЕССОРНЫХ ПРИСАДОК НА КРИСТАЛЛИЗАЦИЮ ТВЕРДЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ НЕФТИ

Статья в формате PDF 118 KB...

07 06 2026 22:44:44

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ

Статья в формате PDF 129 KB...

06 06 2026 18:51:46

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ РИСК НАРУШЕНИЯ РЕПРОДУКТИВНОГО ЗДОРОВЬЯ ЖЕНЩИН-РАБОТНИЦ ПРОИЗВОДСТВА ИСКУССТВЕННЫХ КОЖ

Статья в формате PDF 109 KB...

05 06 2026 12:55:26

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТИТУЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ МУЖСКИХ ПОПУЛЯЦИЙ

Статья в формате PDF 90 KB...

04 06 2026 17:32:45

ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВЫРАЩИВАНИЯ БЫЧКОВ ЧЁРНО-ПЁСТРОЙ ПОРОДЫ ПРИ КОНЦЕНТРАТНОМ КОРМЛЕНИИ В ЗИМНЕ-СТОЙЛОВЫЙ ПЕРИОД

Статья в формате PDF 120 KB...

03 06 2026 15:26:52

ОНКОЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ДАЛЬНЕМ ВОСТОКЕ

Статья в формате PDF 111 KB...

02 06 2026 0:40:42

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ЗАЛПОВЫХ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ АВАРИЯХ НЕФТЕНАЛИВНЫХ СОСТАВОВ НА ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ (НА ПРИМЕРЕ РЕГИОНА ЮЖНОГО БАЙКАЛА)

Статья в формате PDF 272 KB...

01 06 2026 16:43:40

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПИСАНИЯ СЕМАНТИКИ АТРИБУТОВ РЕЛЯЦИОННЫХ БАЗ ДАННЫХ

Статья в формате PDF 118 KB...

31 05 2026 2:31:22

Контроль загрязнений водной среды при трaнcпортировке водоугольных суспензий

Статья в формате PDF 103 KB...

30 05 2026 20:42:51

Развитие Севера и Арктики: проблемы и перспективы

Формулируется базовая проблема социально-экономического развития и регулирования процессов на российском Севере – на фоне возрастания геополитического и экономического значения эта специфическая зона хаpaктеризуется нарастанием системных проблем и появлением новых вызовов современности. Значительный опыт исследования перспектив оптимизации управленческих социально-экономических отношений в Институте экономических проблем Кольского НЦ РАН позволил выявить и обосновать два важнейших научных направления: 1) необходимость введения особого направления – «Североведения» – в систему макроэкономических и региональных исследований; 2) необходимость формирования целостной теории прострaнcтвенного развития Севера и Арктики в современном мире. Плодотворному обсуждению этих научных направлений в рамках современных и перспективных проблем была посвящена межрегиональная научно-пpaктическая конференция «Развитие Севера и Арктики: проблемы и перспективы», состоявшаяся 14–16 ноября 2012 года в г. Апатиты Мурманской области. Результаты обсуждения приведены в настоящей статье. Делается вывод, что фундаментальная задача современности – необходимость формирования новой парадигмы развития Севера и Арктики с учетом существенных изменений в глобальной расстановке сил последнего двадцатилетия, национальных интересов арктических стран, и. прежде всего, России, глобальных изменений природной среды, роста значения ресурсов севера и Арктики, экологических требований и культурно-цивилизационных задач развития. ...

29 05 2026 6:57:53

Факторы риска развития гиперпластических процессов и paка эндометрия

Статья в формате PDF 109 KB...

28 05 2026 2:16:43

РАЗВИТИЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО МИРОВОЗЗРЕНИЯ ОДАРЕННЫХ СТАРШЕКЛАССНИКОВ В ХОДЕ ПРОЕКТНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Сообщение содержит примеры актуализации, мотивации и организации разнородных исследований, выполняемых учащимися совместно с преподавателем Курса "ОБЖ и экология" в составе научно-познавательного общества гимназии "Зеркало". Пpaктика освоения одаренными учащимися естественно-научного мировоззрения в ходе работ, имеющих отклик коллектива, стимулирует творческое саморазвитие и убеждает в своей способности добиться не только радости открытия, но и общественного признания. ...

27 05 2026 2:34:58

Иммунореставрация у больных остропрогрессирующим туберкулезом легких с использованием изофона

Статья в формате PDF 111 KB...

26 05 2026 9:17:58

Особенности медико-социальной хаpaктеристики железнодорожников, больных туберкулезом и члeнов их семей

Статья в формате PDF 118 KB...

25 05 2026 0:49:20

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ АДРЕНО-ТИРЕОИДНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ НИЗКОДОЗОВОМ РАДИАЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Возникшее при низкодозовом радиационном воздействии повышение уровня ТТГ, снижение уровня тиреоидных гормонов, истощение симпатической импульсации и вегетативный дисбаланс, свидетельствует об установившейся адрено-тиреоидной дисфункции в организме жителей молодого (21–30 лет) и пожилого возраста (61–70 лет) проживающих в районах, прилегающих к Семипалатинскому ядерному полигону. ...