RU2343118C1 - Composition for obtaining thin film based on system of double zirconium and germanium oxides - Google Patents
Composition for obtaining thin film based on system of double zirconium and germanium oxides Download PDFInfo
- Publication number
- RU2343118C1 RU2343118C1 RU2007115248/15A RU2007115248A RU2343118C1 RU 2343118 C1 RU2343118 C1 RU 2343118C1 RU 2007115248/15 A RU2007115248/15 A RU 2007115248/15A RU 2007115248 A RU2007115248 A RU 2007115248A RU 2343118 C1 RU2343118 C1 RU 2343118C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zirconium
- composition
- thin film
- film
- germanium
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения тонкопленочных материалов на основе системы двойных оксидов, применяемых в быстро развивающихся областях электронной техники и светотехнической промышленности, строительной индустрии, в том числе в технологиях интегральных схем; в качестве коррозионно-стойких, декоративных, фильтрующих и перераспределяющих излучение покрытий.The invention relates to a technology for producing thin-film materials based on a double oxide system used in rapidly developing fields of electronic engineering and lighting industry, the construction industry, including integrated circuit technologies; as corrosion-resistant, decorative, filtering and redistributing radiation coatings.
Известен состав для получения пленки диоксида циркония (заявка на изобретение №93014629/33, 6 С04В 41/65, С04В 35/48, публ. 1995.06.09), используемый для нанесения покрытий на стекло. Состав для получения пленки диоксида циркония включает кристаллогидрат оксихлорида циркония и содержит 0,1…1 мас.% нитрата кобальта. Изобретение позволяет снизить энергопотребление и повысить производительность процесса нанесения покрытия на основу при толщине покрытия свыше 100 нм.A known composition for producing a film of zirconium dioxide (application for invention No. 93014629/33, 6 С04В 41/65, С04В 35/48, publ. 1995.06.09), used for coating glass. The composition for obtaining a film of zirconium dioxide includes crystalline zirconium oxychloride and contains 0.1 ... 1 wt.% Cobalt nitrate. The invention allows to reduce energy consumption and increase the productivity of the process of coating the base with a coating thickness of more than 100 nm.
К недостаткам известного состава следует отнести нестабильность свойств предлагаемых пленок с течением времени, что обусловлено структурными превращениями полиморфных модификаций диоксида циркония.The disadvantages of the known composition include the instability of the properties of the proposed films over time, due to structural transformations of polymorphic modifications of zirconium dioxide.
Известен состав для формирования тонкопленочных материалов на основе оксидов циркония и кобальта в качестве светоперераспределяющих, защитных и декоративных покрытий [В.В.Козик, Е.Б.Чернов, Л.П.Борило, О.В.Турецкова, A.M.Шульпеков. Изучение физико-химических процессов в пленкообразующих этанольных растворах солей циркония, кобальта и свойства тонких пленок, полученных на их основе. // Журнал прикладной химии. 2004. Т 77. Вып.2, С.188-192]. Тонкие пленки двойных оксидов циркония и кобальта получают осаждением из пленкообразующего раствора на основе 99%-ного этилового спирта, оксохлорида циркония ZrOCl2·8H2O и солей кобальта CoCl2·6Н2О или Со(NO3)2·6Н2O с последующей термообработкой. Суммарная концентрация оксидов в полученных пленках составляет от 0 до 80 мол.% оксида кобальта.A known composition for the formation of thin-film materials based on zirconium and cobalt oxides as light distribution, protective and decorative coatings [V.V. Kozik, E. B. Chernov, L. P. Borilo, O. V. Turetskova, AM Shulpekov. The study of physical and chemical processes in film-forming ethanol solutions of zirconium salts, cobalt and the properties of thin films obtained on their basis. // Journal of Applied Chemistry. 2004. T 77. Issue 2, S.188-192]. Thin films of zirconium and cobalt double oxides are obtained by precipitation from a film-forming solution based on 99% ethyl alcohol, zirconium oxochloride ZrOCl 2 · 8H 2 O and cobalt salts CoCl 2 · 6Н 2 О or Co (NO 3 ) 2 · 6Н 2 O с subsequent heat treatment. The total concentration of oxides in the obtained films is from 0 to 80 mol.% Cobalt oxide.
К недостаткам известного состава следует отнести отсутствие стабильной области свойств в пределах концентраций от 0 до 80 мол.% оксида кобальта в пленки, вследствие образования механических смесей в системе двойных оксидов циркония и кобальта.The disadvantages of the known composition include the lack of a stable range of properties within the concentration range from 0 to 80 mol% of cobalt oxide in the film due to the formation of mechanical mixtures in the system of double zirconium and cobalt oxides.
Известен состав для получения тонкой пленки на основе оксидов циркония и кремния [Р.В.Грязнов, Л.П.Борило, В.В.Козик, A.M.Шульпеков. Тонкие пленки на основе SiO2 и ZrO2, полученные из растворов. // Неорганические материалы. 2001. Т.37. №7, С.828-831], выбранный в качестве прототипа. Пленкообразующие растворы готовят из тетраэтоксисилана, этилового спирта и кристаллогидрата оксохлорида циркония и наносят на подложки методом центрифугирования с последующей термообработкой до соответствующих оксидов в области концентраций от 0 до 100 мас.% диоксида циркония. Недостатками известного состава являются низкие значения показателей преломления, что ухудшает свойства светоперераспределяющих покрытий, а также строго заданные концентрации оксидов кремния и циркония, обеспечивающие образование химического соединения в системе (67 мас.% диоксида циркония), усложняют воспроизводимость технологического процесса.A known composition for producing a thin film based on zirconium and silicon oxides [R.V. Gryaznov, L.P. Borilo, V.V. Kozik, AMShulpekov. Thin films based on SiO 2 and ZrO 2 obtained from solutions. // Inorganic materials. 2001.V. 37. No. 7, S.828-831], selected as a prototype. Film-forming solutions are prepared from tetraethoxysilane, ethyl alcohol and zirconium oxochloride crystalline hydrate and applied to the substrates by centrifugation followed by heat treatment to the corresponding oxides in the concentration range from 0 to 100 wt.% Zirconia. The disadvantages of the known composition are low values of refractive indices, which degrades the properties of light-distributing coatings, as well as strictly specified concentrations of silicon and zirconium oxides, which provide the formation of a chemical compound in the system (67 wt.% Zirconium dioxide), complicate the reproducibility of the process.
Задачей заявляемого изобретения является разработка состава для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов циркония и германия, приводящего к образованию химического соединения (цирконата германия), что обеспечивает стабильность структуры, физико-химических и целевых свойств в широком диапазоне концентраций, а также достижения высоких значений показателя преломления при использовании их в качестве перераспределяющих излучение покрытий.The objective of the invention is to develop a composition for producing a thin film based on a system of double zirconium and germanium oxides, leading to the formation of a chemical compound (germanium zirconate), which ensures stability of the structure, physico-chemical and target properties in a wide range of concentrations, as well as achieving high values refractive index when used as redistributing radiation coatings.
Поставленная задача решается тем, что состав для получения тонкой пленки на основе системы двойных оксидов включает приготовление пленкообразующего раствора, содержащего этиловый спирт, предварительно перегнанный и осушенный до 96 мас.% и кристаллогидрат оксохлорида циркония с последующим нанесением методом центрифугирования данного раствора на подложку и ступенчатую термообработку, но в отличие от прототипа в состав дополнительно добавляют тетрахлорид германия при следующем соотношении компонентов, мас.%:The problem is solved in that the composition for producing a thin film based on the double oxide system includes the preparation of a film-forming solution containing ethyl alcohol, previously distilled and dried to 96 wt.% And zirconium oxochloride crystal hydrate, followed by centrifugation of this solution on a substrate and stepwise heat treatment , but unlike the prototype, germanium tetrachloride is additionally added to the composition in the following ratio of components, wt.%:
Оксохлорид циркония - 3,8-9,0;Zirconium oxochloride - 3.8-9.0;
Тетрахлорид германия - 3,0-7,1;Germany tetrachloride - 3.0-7.1;
Этиловый спирт - остальное.Ethyl alcohol - the rest.
Среди тонкопленочных материалов широкое применение находят пленки на основе диоксида циркония, полученные осаждением из пленкообразующих растворов (ПОР), однако применение пленок чистого диоксида циркония ограничено. Это связано с полиморфными превращениями основных кристаллических модификаций. Для предотвращения объемных инверсий диоксид циркония стабилизируют введением структурно близкого к нему оксида германия, что приводит к образованию в пленке химического соединения цирконата германия (ZrGeO4) со структурой шеелита. Наличие цирконата германия позволяет сохранять высокие и стабильные значения показателя преломления в пленках на основе системы двойных оксидов ZrO2-GeO2 в диапазоне концентраций от 30 до 70 мол.% GeO2 в течение длительного времени.Among thin-film materials, films based on zirconium dioxide obtained by deposition from film-forming solutions (POR) are widely used, but the use of films of pure zirconium dioxide is limited. This is due to polymorphic transformations of the main crystalline modifications. To prevent bulk inversions, zirconia is stabilized by the introduction of germanium oxide structurally close to it, which leads to the formation in the film of a chemical compound of germanium zirconate (ZrGeO 4 ) with scheelite structure. The presence of germanium zirconate makes it possible to maintain high and stable values of the refractive index in films based on the ZrO 2 -GeO 2 binary oxide system in the concentration range from 30 to 70 mol% GeO 2 for a long time.
Для получения тонких пленок на основе системы двойных оксидов циркония и германия (ZrO2-GeO2) готовят пленкообразующий раствор, используя в качестве растворителя этиловый спирт 96 мас.%, предварительно перегнанный, и добавляют оксохлорид циркония в виде кристаллогидрата ZrOCl2·8H2O. При комнатной температуре ZrOCl2·8H2O растворяется в этиловом спирте при периодическом перемешивании в течение 1-3 часов в зависимости от концентрации оксохлорида циркония. Затем в пленкообразующий раствор добавляют тетрахлорид германия (GeCl4). После созревания пленкообразующего раствора в течение 1-2 суток, в зависимости от концентрации оксохлорида циркония, его наносят методом центрифугирования на центрифуге MPW-340 со скоростью 3000-5000 об/мин на положки из стекла, кварца и монокристаллического кремния, затем осуществляют ступенчатую термическую обработку до формирования оксидов в тонкой пленке.To obtain thin films based on the system of double zirconium and germanium oxides (ZrO 2 -GeO 2 ), a film-forming solution is prepared using 96 wt% ethyl alcohol preliminarily distilled and zirconium oxochloride is added in the form of ZrOCl 2 · 8H 2 O crystalline hydrate At room temperature, ZrOCl 2 · 8H 2 O is dissolved in ethanol with periodic stirring for 1-3 hours, depending on the concentration of zirconium oxochloride. Then, germanium tetrachloride (GeCl 4 ) is added to the film-forming solution. After maturing the film-forming solution for 1-2 days, depending on the concentration of zirconium oxochloride, it is applied by centrifugation on an MPW-340 centrifuge at a speed of 3000-5000 rpm on glass, quartz and single-crystal silicon plates, then stepwise heat treatment is carried out before the formation of oxides in a thin film.
Наиболее приемлемой температурой для хранения ПОР следует считать температуру в пределах 22-25°С, в течение 6-10 месяцев, в зависимости от концентрации оксохлорида циркония.The most acceptable temperature for the storage of POR should be considered a temperature in the range of 22-25 ° C, for 6-10 months, depending on the concentration of zirconium oxochloride.
Для приготовления растворов используют посуду второго класса точности.For the preparation of solutions, utensils of the second accuracy class are used.
Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.The following are examples illustrating the invention.
Пример 1.Example 1
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 9,01 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 2,62 мл тетрахлорида германия и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 30 мол.% GeO2 и 70 мол.% ZrO2 толщиной 77 нм.To prepare 100 ml of a film-forming solution, it is necessary to take 9.01 g of zirconium oxochloride crystalline hydrate and dissolve it in 70 ml of 96 wt.% Ethyl alcohol, then add 2.62 ml of germanium tetrachloride and bring to a volume of 100 ml with ethyl alcohol. After the solution has matured for 24 hours, POR is applied to the silicon substrate by centrifugation and subjected to stepwise heat treatment at 60 ° C for 20 min and at 800 ° C for 1 hour, and a thin film of 30 mol% GeO 2 is obtained and 70 mol.% ZrO 2 77 nm thick.
Пример 2.Example 2
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 7,72 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 3,49 мл тетрахлорида германия и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 40 мол.% GeO2 и 60 мол.% ZrO2 толщиной 78 нм.To prepare 100 ml of a film-forming solution, it is necessary to take 7.72 g of zirconium oxochloride crystalline hydrate and dissolve it in 70 ml of 96 wt.% Ethyl alcohol, then add 3.49 ml of germanium tetrachloride and bring to a volume of 100 ml with ethyl alcohol. After the solution has matured for 24 hours, POR is applied to the silicon substrate by centrifugation and subjected to stepwise heat treatment at 60 ° C for 20 min and at 800 ° C for 1 hour, and a thin film of 40 mol% GeO 2 is obtained and 60 mol.% ZrO 2 78 nm thick.
Пример 3.Example 3
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 6,44 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 4,37 мл тетрахлорида германия и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 50 мол.% GeO2 и 50 мол.% ZrO2 толщиной 78 нм.To prepare 100 ml of a film-forming solution, it is necessary to take 6.44 g of zirconium oxochloride crystalline hydrate and dissolve it in 70 ml of 96 wt.% Ethanol, then add 4.37 ml of germanium tetrachloride and bring to a volume of 100 ml ethanol. After the solution has matured for 24 hours, POR is applied to the silicon substrate by centrifugation and subjected to stepwise heat treatment at 60 ° C for 20 min and at 800 ° C for 1 hour, and a thin film of 50 mol% GeO 2 is obtained and 50 mol.% ZrO 2 78 nm thick.
Пример 4.Example 4
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 5,15 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 5,24 мл тетрахлорида германия и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 60 мол.% GeO2 и 40 мол.% ZrO2 толщиной 78 нм.To prepare 100 ml of a film-forming solution, it is necessary to take 5.15 g of zirconium oxochloride crystalline hydrate and dissolve it in 70 ml of 96 wt.% Ethyl alcohol, then add 5.24 ml of germanium tetrachloride and bring to a volume of 100 ml with ethyl alcohol. After the solution has matured for 24 hours, POR is applied to the silicon substrate by centrifugation and subjected to stepwise heat treatment at 60 ° C for 20 min and at 800 ° C for 1 hour, and a thin film of 60 mol% GeO 2 is obtained and 40 mol.% ZrO 2 78 nm thick.
Пример 5.Example 5
Для приготовления 100 мл пленкообразующего раствора необходимо взять 3,86 г кристаллогидрата оксохлорида циркония и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 6,11 мл тетрахлорида германия и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания раствора в течение 24 часов ПОР наносят на кремневую подложку методом центрифугирования и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°С в течение 20 мин и при температурах 800°С в течение 1 часа, при этом получается тонкая пленка состава 70 мол.% CeO2 и 30 мол.% ZrO2 толщиной 78 нм.To prepare 100 ml of a film-forming solution, it is necessary to take 3.86 g of zirconium oxochloride crystalline hydrate and dissolve it in 70 ml of 96 wt.% Ethanol, then add 6.11 ml of germanium tetrachloride and bring to a volume of 100 ml with ethyl alcohol. After the solution has matured for 24 hours, POR is applied to the silicon substrate by centrifugation and subjected to stepwise heat treatment at 60 ° C for 20 min and at 800 ° C for 1 hour, and a thin film of 70 mol% CeO 2 is obtained and 30 mol.% ZrO 2 78 nm thick.
В таблице приведены физико-химические свойства системы ZrO2-GeO2, в зависимости от состава исходных компонентов. Из полученных данных видно, что пленки состава от 30 до 70 мас.% содержания GeO2 имеют стабильные свойства, за счет образования в тонкой пленке химического соединения (германата циркония), по сравнению с составами, содержащими 20 и 80 мас.% GeO2. Высокие показатели преломления в полученных пленках позволяют использовать их в светоперераспределяющих, теплоотражающих покрытиях, а также в качестве интерференционных фильтров в проекционной аппаратуре для предотвращения вредного теплового воздействия.The table shows the physicochemical properties of the ZrO 2 -GeO 2 system , depending on the composition of the starting components. It can be seen from the obtained data that films with a composition of 30 to 70 wt.% GeO 2 have stable properties due to the formation of a chemical compound (zirconium germanate) in a thin film compared to compositions containing 20 and 80 wt.% GeO 2 . High refractive indices in the obtained films allow their use in light-distributing, heat-reflecting coatings, as well as interference filters in projection equipment to prevent harmful thermal effects.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007115248/15A RU2343118C1 (en) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Composition for obtaining thin film based on system of double zirconium and germanium oxides |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007115248/15A RU2343118C1 (en) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Composition for obtaining thin film based on system of double zirconium and germanium oxides |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007115248A RU2007115248A (en) | 2008-10-27 |
RU2343118C1 true RU2343118C1 (en) | 2009-01-10 |
Family
ID=40374148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007115248/15A RU2343118C1 (en) | 2007-04-23 | 2007-04-23 | Composition for obtaining thin film based on system of double zirconium and germanium oxides |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2343118C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497680C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | METHOD OF PRODUCING SiO2-ZrO2-P2 O5-CaO-BASED COATING |
RU2534258C1 (en) * | 2013-10-14 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Method of obtaining multi-layered covering |
-
2007
- 2007-04-23 RU RU2007115248/15A patent/RU2343118C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
ГРЯЗНОВ Р.В. и др. Тонкие пленки на основе SiO 2 и ZrO 2 , полученные из растворов. Неорганические материалы, 2001, т.37, № 7, с.828-831. * |
КОЗИК В.В. и др. Изучение физико-химических процессов в пленкообразующих этанольных растворах солей циркония, кобальта и свойства тонких пленок, полученных на их основе. Журнал прикладной химии, 2004, т.77, вып.2, с.188-192. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497680C1 (en) * | 2012-05-03 | 2013-11-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | METHOD OF PRODUCING SiO2-ZrO2-P2 O5-CaO-BASED COATING |
RU2534258C1 (en) * | 2013-10-14 | 2014-11-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" | Method of obtaining multi-layered covering |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2007115248A (en) | 2008-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5268196A (en) | Process for forming anti-reflective coatings comprising light metal fluorides | |
Wang et al. | High transmittance and superhydrophilicity of porous TiO2/SiO2 bi-layer films without UV irradiation | |
US8133573B2 (en) | Scratch-resistant optical multi-layer system applied to a crystalline substrate | |
US5384294A (en) | Sol-gel derived lead oxide containing ceramics | |
JP2009098305A (en) | Method for forming optical coating and optical element having such coating | |
JP2720959B2 (en) | Vapor deposition materials for the production of high refractive optical coatings. | |
RU2343118C1 (en) | Composition for obtaining thin film based on system of double zirconium and germanium oxides | |
JPH01132770A (en) | Composition for titanium-containing oxide film and formation of said film | |
RU2404923C1 (en) | Composition for making thin film based on system of double oxides of zirconium and titanium | |
RU2411187C1 (en) | Composition for making thin films based on system of double oxides of zirconium and zinc | |
CZ112093A3 (en) | Steaming material for producing medium-refractive optical layers, process for producing and use thereof | |
KR101555443B1 (en) | Manufacturing method of high refractive index hard coating solution for ophthalmic plastic lenses using the titania-zirconia-tin oxide mixed oxide sols | |
CN114411124B (en) | Method for preparing hafnium oxide film by chemical liquid phase deposition method | |
Gálvez-Barboza et al. | Effect of Ce doping on the structure and optical properties of HfO 2 films by the Pechini-type sol–gel method | |
Xiao et al. | Focus on moisture-resistance and hydrophobicity of SiO 2 antireflective film improved by poly (isopropylene oxide) glycerolether | |
US5208101A (en) | Anti-reflective coatings comprising light metal fluorides | |
US20100285320A1 (en) | Amorphous thin films and method of manufacturing same | |
JP2000147750A (en) | Pellicle | |
FR2704851A1 (en) | Process for the production of transparent dense glasses obtained from silicon or metal alkoxides by sol-gel route, and glasses obtained according to this process. | |
CN111101096B (en) | Method for manufacturing silicon dioxide film and silicon dioxide-containing film element | |
JPH0317601A (en) | Method of forming antireflection coating | |
RU2464106C1 (en) | Method of producing metal high-porosity nano-sized coating | |
RU2502667C1 (en) | Composition based on complex oxides of zirconium, phosphorus and calcium for coating obtaining | |
RU2632835C1 (en) | Method of producing thin-film coating based on complex oxide systems | |
RU2719580C1 (en) | Method of producing thin-film materials based on silicon, phosphorus, calcium and magnesium oxides |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090424 |