RU2407102C2 - Method for generation of nanostructures - Google Patents

Method for generation of nanostructures Download PDF

Info

Publication number
RU2407102C2
RU2407102C2 RU2009108831/28A RU2009108831A RU2407102C2 RU 2407102 C2 RU2407102 C2 RU 2407102C2 RU 2009108831/28 A RU2009108831/28 A RU 2009108831/28A RU 2009108831 A RU2009108831 A RU 2009108831A RU 2407102 C2 RU2407102 C2 RU 2407102C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
substrate
sample
nanostructures
gap
selection
Prior art date
Application number
RU2009108831/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009108831A (en
Inventor
Александр Анатольевич Антипов (RU)
Александр Анатольевич Антипов
Сергей Мартиросович Аракелян (RU)
Сергей Мартиросович Аракелян
Стелла Владимировна Кутровская (RU)
Стелла Владимировна Кутровская
Алексей Олегович Кучерик (RU)
Алексей Олегович Кучерик
Валерий Григорьевич Прокошев (RU)
Валерий Григорьевич Прокошев
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский Государственный Университет" (ВлГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский Государственный Университет" (ВлГУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский Государственный Университет" (ВлГУ)
Priority to RU2009108831/28A priority Critical patent/RU2407102C2/en
Publication of RU2009108831A publication Critical patent/RU2009108831A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2407102C2 publication Critical patent/RU2407102C2/en

Links

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: in method for generation of nanostructures on substrate, by means of controlled laser action at sample via substrate with gap between sample and substrate, varying parametres of laser radiation and distance between substrate and sample, selection of nanoparticles is carried out, which in process of deposition form a nanostructure on substrate with gap from several microns to 2 mm in air atmosphere.
EFFECT: production of lengthy arrays of nanostructures with the possibility to provide efficient control of shape and alignment of synthesized particles, selection of light and heavy particles to obtain higher homogeneity of nanostructures.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к нанотехнологии и производству наноструктур, к способу получения протяженных массивов наноструктур и нанопорошков из различных материалов (углеродные, углеродосодержащие, металлы, многокомпонентные сплавы), а также получению наноструктурированных композитных материалов как промежуточного продукта при получении наноструктур. Может быть использовано в микроэлектронике, электротехнике, в оптических и нелинейно-оптических системах и устройствах, магнитооптических системах, а также для создания новых магнитных носителей информации.The invention relates to nanotechnology and the production of nanostructures, to a method for producing extended arrays of nanostructures and nanopowders from various materials (carbon, carbon-containing, metals, multicomponent alloys), as well as to the production of nanostructured composite materials as an intermediate product in the production of nanostructures. It can be used in microelectronics, electrical engineering, in optical and nonlinear optical systems and devices, magneto-optical systems, as well as for creating new magnetic information carriers.

Известен способ формирования тонких пленок на полупроводниковой подложке и устройство для его осуществления (Патент РФ № 2046450, МПК H01L 21/30). Способ включает приготовление наносимой жидкости на полупроводниковую подложку, которая закреплена на вращающемся столике, снабженном вакуумным захватом. На первом этапе подложку вращают вокруг горизонтальной оси в резервуаре с наносимой жидкостью. На втором этапе подложку вынимают из резервуара и вращают с увеличенной скоростью. После этого подложку опускают в резервуар с образованием зазора между подложкой и поверхностью, находящейся в резервуаре жидкости, снизу под давлением на поверхность вращающейся подложки подают фильтрованную наносимую жидкость, затем столик с подложкой вращают с увеличенной скоростью перед возвращением в исходное положение, а отработанную жидкость сбрасывают из резервуара в систему рециркуляции и через фильтр направляют на повторный цикл нанесения пленки.A known method of forming thin films on a semiconductor substrate and a device for its implementation (RF Patent No. 2046450, IPC H01L 21/30). The method includes preparing the applied liquid on a semiconductor substrate, which is mounted on a rotating table equipped with a vacuum grip. At the first stage, the substrate is rotated around a horizontal axis in the reservoir with the applied liquid. In a second step, the substrate is removed from the reservoir and rotated at an increased speed. After that, the substrate is lowered into the tank with the formation of a gap between the substrate and the surface in the liquid tank, a filtered applied liquid is supplied from below to the surface of the rotating substrate under pressure, then the stage with the substrate is rotated at an increased speed before returning to its original position, and the waste liquid is discharged from reservoir into the recirculation system and through the filter is sent to a repeated film deposition cycle.

Известен способ фотохимического осаждения тонких пленок и устройство для его осуществления (Патент РФ № 2059322, МПК H01L 21/31). Способ включает нагрев подложки в реакторе атмосферного давления, подачу смеси реагирующих газов, облучение зоны осаждения вакуумным ультрафиолетовым излучением эксимерных молекул инертного газа газоразрядной плазмы барьерного типа при напряжении 1-20 кВ и частоте 1-20 кГц, причем спектр излучения выбирают из области спектра поглощения реагирующих газов. Недостатками данного способа являются: 1) для получения тонких пленок необходим реактор атмосферного давления; 2) необходимо облучать зону осаждения ультрафиолетовым излучением эксимерных молекул инертного газа газоразрядной плазмы барьерного типа.A known method of photochemical deposition of thin films and a device for its implementation (RF Patent No. 2059322, IPC H01L 21/31). The method includes heating the substrate in an atmospheric pressure reactor, supplying a mixture of reacting gases, irradiating the deposition zone with vacuum ultraviolet radiation of excimer inert gas molecules of a gas-discharge barrier-type plasma at a voltage of 1-20 kV and a frequency of 1-20 kHz, the radiation spectrum being selected from the absorption spectrum of reacting gases. The disadvantages of this method are: 1) an atmospheric pressure reactor is required to obtain thin films; 2) it is necessary to irradiate the deposition zone with ultraviolet radiation of excimer inert gas molecules of a gas-discharge barrier-type plasma.

В качестве прототипа был выбран способ получения пленочного покрытия со свойствами углеродного стекла и установка для осуществления способа (Патент РФ № 2340550, МПК С01В 31/00). В атмосфере инертного газа с фиксированным давлением, превышающим давление в тройной точке углерода, осуществляют испарение образца высокоориентированного графита в пределах локальной зоны лазерным импульсом таким образом, чтобы перегреть углерод относительно равновесной температуры плавления графита, соответствующей этому фиксированному давлению. Испарение ведут через пластину из кварцевого стекла, установленную с зазором 10-100 мкм относительно образца. Осаждение полученного пара проводят на части образца, примыкающей к локальной зоне. Для реализации способа устройство содержит размещенный в атмосфере инертного газа образец высокоориентированного графита, расположенную над ним кварцевую пластину, находящийся с ними в оптической связи импульсный лазер, пирометр для регистрации температуры жидкого углерода и фотоприемник для регистрации мощности лазерного импульса, а также устройство для изменения взаимного положения образца и кварцевой пластины, выполненное в виде разрезной пружинной прокладки, на которую нажимает гайка. Предложенное изобретение обеспечивает повышение сплошности и однородности получаемых покрытий со структурой стеклоуглерода.As a prototype, a method for producing a film coating with the properties of carbon glass and an installation for implementing the method were selected (RF Patent No. 2340550, IPC СВВ 31/00). In an inert gas atmosphere with a fixed pressure exceeding the pressure at the triple point of carbon, a highly oriented graphite sample is vaporized with a laser pulse within the local zone in such a way as to overheat the carbon relative to the equilibrium melting point of graphite corresponding to this fixed pressure. Evaporation is carried out through a quartz glass plate installed with a gap of 10-100 μm relative to the sample. Precipitation of the resulting vapor is carried out on the part of the sample adjacent to the local zone. To implement the method, the device comprises a sample of highly oriented graphite placed in an inert gas atmosphere, a quartz plate located above it, a pulsed laser in optical communication with them, a pyrometer for detecting the temperature of liquid carbon and a photodetector for detecting the power of the laser pulse, as well as a device for changing the relative position sample and quartz plate, made in the form of a split spring gasket, which is pressed by a nut. The proposed invention provides an increase in the continuity and uniformity of the resulting coatings with the structure of glassy carbon.

К недостаткам вышеуказанного способа можно отнести то, что для получения пленок нужна атмосфера инертного газа с фиксированным давлением, превышающим давление в тройной точке углерода. В результате чего необходимое давление в данной точке по классической диаграмме равно 20-40 кПа. Это приводит к значительным технологическим затруднениям. Также при технологическом цикле прототипа не представляется возможным получить протяженные массивы наноструктур, нанопорошки.The disadvantages of the above method include the fact that in order to obtain films, an inert gas atmosphere with a fixed pressure exceeding the pressure at the triple point of carbon is required. As a result, the required pressure at a given point in the classical diagram is 20–40 kPa. This leads to significant technological difficulties. Also, with the technological cycle of the prototype it is not possible to obtain extended arrays of nanostructures, nanopowders.

Техническим результатом данного изобретения является получение наноструктур, например протяженных массивов наноструктур, однородных тонких пленок, нанопорошков с возможностью обеспечения эффективного управления формой и ориентацией синтезируемых частиц, селекцией легких и тяжелых частиц для получения большей однородности массивов наноструктур на подложке.The technical result of this invention is the production of nanostructures, for example, extended arrays of nanostructures, homogeneous thin films, nanopowders with the ability to effectively control the shape and orientation of the synthesized particles, selection of light and heavy particles to obtain greater uniformity of the arrays of nanostructures on the substrate.

Этот технический результат достигается тем, что в способе формирования наноструктур на подложке, путем управляемого лазерного воздействия на образец через подложку с зазором между подложкой и образцом, варьируя параметрами лазерного излучения и расстоянием между образцом и подложкой, производят селекцию наночастиц, которые в процессе осаждения формируют наноструктуру на подложке при зазоре от нескольких микрон до 2 мм в атмосфере воздуха. Так же в качестве образца можно использовать материал с наноструктурированной поверхностью или нанопористый материал.This technical result is achieved by the fact that in the method of forming nanostructures on the substrate, by controlled laser irradiation of the sample through the substrate with a gap between the substrate and the sample, by varying the laser radiation parameters and the distance between the sample and the substrate, the selection of nanoparticles that form the nanostructure during deposition on a substrate with a gap of a few microns to 2 mm in an air atmosphere. Also, a sample with a nanostructured surface or a nanoporous material can be used as a sample.

Зазор может быть создан с помощью технологической оснастки, позволяющей регулировать высоту между подложкой и образцом и определять преимущественное направление распространения плазмы, например, подложку, на которой происходит осаждение, можно закрепить на платформе с шаговым двигателем, тем самым изменяя расстояние между подложкой и образцом.The gap can be created using technological equipment that allows you to adjust the height between the substrate and the sample and determine the preferred direction of plasma propagation, for example, the substrate on which the deposition occurs can be fixed on a platform with a stepper motor, thereby changing the distance between the substrate and the sample.

Подложку для напыления делают из прозрачного для лазерного излучения с заданной длинной волны материала. Также возможно использование непрозрачных подложек, в которых для прохождения лазерного излучения выполнено отверстие.The substrate for spraying is made of transparent material for laser radiation with a given long wavelength. It is also possible to use opaque substrates in which a hole is made for the passage of laser radiation.

На образец 3 производят воздействие лазерным излучением 1. В результате образуется плазменно-эрозионный факел, частицы которого осаждаются на холодной подложке 2. Между образцом и подложкой существует расстояние, которое создается с помощью прослойки 4. Если исходная мишень двухкомпонентная, то в плазменном факеле будут присутствовать тяжелые и легкие частицы, и будет наблюдается эффект обострения при разлете тяжелых частиц, обеспеченный тем, что более тяжелые частицы распространяются в облаке легких частиц. Такое наблюдение и эффект обострения показаны в работе «Избранные задачи теории лазерной абляции» С.И.Анисимова и Б.С.Лукьянчука, журнал "Успехи физических наук".Laser radiation 1 is applied to sample 3. As a result, an erosion plasma torch is formed, the particles of which are deposited on a cold substrate 2. There is a distance between the sample and the substrate, which is created by the interlayer 4. If the initial target is two-component, then the plasma torch will contain heavy and light particles, and the effect of exacerbation will be observed during the expansion of heavy particles, provided that heavier particles propagate in a cloud of light particles. Such an observation and an aggravation effect are shown in the work “Selected Problems of the Theory of Laser Ablation” by S. I. Anisimov and B. S. Lukyanchuk, journal Uspekhi Fizicheskikh Nauk.

Заявляемый способ управления и получения наноструктур основан на проведенных исследованиях физико-химических процессов формирования наночастиц и наноструктур под действием лазерного излучения. В настоящем способе формирование наноструктур проводится под действием лазерного излучения.The inventive method for controlling and producing nanostructures is based on studies of the physicochemical processes of the formation of nanoparticles and nanostructures under the action of laser radiation. In the present method, the formation of nanostructures is carried out under the influence of laser radiation.

Особенность способа заключается в лазерно-плазменных технологиях. Применение лазерной плазмы позволяет улучшить селекцию атомов до размера получения отдельных наночастиц порядка 2-50 нм, а эффект обострения предоставляет возможность добиваться селекции тяжелых и легких частиц. Данный процесс может происходить в атмосфере воздуха из-за перенасыщенности паров, которые не взаимодействуют с окружающей средой. Изменяя расстояние между образцом и подложкой, управляя геометрией канала для движения плазмы, можно добиться селекции осаждаемых частиц. А варьируя параметрами лазерного излучения, можно добиться того, что тяжелые частицы не смогут достигать холодной подложки или же, чтобы легкие частицы покидали область осаждения. Предлагаемый способ формирования наноструктур, например протяженных массивов наноструктур, тонких пленок и нанопорошков позволяет удешевить технологический цикл получения готовых изделий с возможностью дальнейшего применения.A feature of the method lies in laser-plasma technologies. The use of laser plasma allows one to improve the selection of atoms to the size of obtaining individual nanoparticles of the order of 2-50 nm, and the exacerbation effect makes it possible to achieve selection of heavy and light particles. This process can occur in an atmosphere of air due to oversaturation of vapors that do not interact with the environment. By changing the distance between the sample and the substrate, controlling the geometry of the channel for plasma motion, it is possible to achieve the selection of the deposited particles. By varying the parameters of laser radiation, it is possible to ensure that heavy particles cannot reach the cold substrate or that light particles leave the deposition region. The proposed method for the formation of nanostructures, for example, extended arrays of nanostructures, thin films and nanopowders allows you to reduce the cost of the technological cycle of obtaining finished products with the possibility of further application.

Получаемые тонкие пленки могут использоваться в качестве защитных или декоративных покрытий (например, оксид и нитрид титана, оксид алюминия, оксид цинка и т.д.), протяженные массивы наноструктур, в случае их чередования, позволяют их использовать в качестве микро- и нано- электронных устройств, за счет разной проводимости в слоях материала, получаемые нанопорошки могут применяться в различных отраслях промышленности в качестве наполнителей, катализаторов и т.д.The resulting thin films can be used as protective or decorative coatings (for example, titanium oxide and nitride, aluminum oxide, zinc oxide, etc.), extended arrays of nanostructures, if alternated, allow them to be used as micro- and nano- electronic devices, due to different conductivity in the layers of the material, the resulting nanopowders can be used in various industries as fillers, catalysts, etc.

Пример осуществления способа. На чертеже представлена схема формирования наноструктур. Воздействуя лазерным излучением 1 на образец 3, образовывается плазменный факел, из которого вылетают частицы, которые осаждают на холодной подложке 2. Между образцом и подложкой существует регулируемый зазор, который создается с помощью прослойки 4.An example implementation of the method. The drawing shows a diagram of the formation of nanostructures. By applying laser radiation 1 to sample 3, a plasma torch is formed, from which particles fly out, which are deposited on a cold substrate 2. There is an adjustable gap between the sample and the substrate, which is created using the interlayer 4.

Claims (3)

1. Способ формирования наноструктур на подложке путем управляемого лазерного воздействия на образец через подложку с зазором между образцом и подложкой, отличающийся тем, что, варьируя параметрами лазерного излучения и расстоянием между подложкой и образцом, проводят селекцию наночастиц, которые в процессе осаждения формируют наноструктуру на подложке при зазоре от нескольких микрон до 2 мм в атмосфере воздуха.1. A method of forming nanostructures on a substrate by controlled laser exposure of the sample through the substrate with a gap between the sample and the substrate, characterized in that, by varying the parameters of the laser radiation and the distance between the substrate and the sample, the selection of nanoparticles, which during the deposition process form a nanostructure on the substrate with a gap of a few microns to 2 mm in an air atmosphere. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве образца используют материал с наноструктурированной поверхностью.2. The method according to claim 1, characterized in that the material with a nanostructured surface is used as a sample. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве образца используют нанопористый материал: мезопористые материалы, нанопористый углерод. 3. The method according to claim 1, characterized in that the sample uses nanoporous material: mesoporous materials, nanoporous carbon.
RU2009108831/28A 2009-03-10 2009-03-10 Method for generation of nanostructures RU2407102C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009108831/28A RU2407102C2 (en) 2009-03-10 2009-03-10 Method for generation of nanostructures

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009108831/28A RU2407102C2 (en) 2009-03-10 2009-03-10 Method for generation of nanostructures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009108831A RU2009108831A (en) 2010-09-20
RU2407102C2 true RU2407102C2 (en) 2010-12-20

Family

ID=42938763

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009108831/28A RU2407102C2 (en) 2009-03-10 2009-03-10 Method for generation of nanostructures

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2407102C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478740C1 (en) * 2011-08-11 2013-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Method of producing zinc oxide crystal nano-structured blocks

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2478740C1 (en) * 2011-08-11 2013-04-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) Method of producing zinc oxide crystal nano-structured blocks

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009108831A (en) 2010-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Baranov et al. From nanometre to millimetre: a range of capabilities for plasma-enabled surface functionalization and nanostructuring
US6312768B1 (en) Method of deposition of thin films of amorphous and crystalline microstructures based on ultrafast pulsed laser deposition
KR101813659B1 (en) Substrate of Surface Enhanced Raman Scattering of three dimensions nanoporous-structure and manufacture method thereof
WO2012060325A1 (en) Plasma annealing method and device for same
TW200847422A (en) Method of cleaning a patterning device, method of depositing a layer system on a substrate, system for cleaning a patterning device, and coating system for depositing a layer system on a substrate
Talbi et al. Nanostructuring of titanium oxide thin film by UV femtosecond laser beam: From one spot to large surfaces
WO2019227395A1 (en) Fine grained 3C-SiC thick films and a process for preparing the same
EP2065485B1 (en) Method and system for continuous or semi-continuous laser deposition.
RU2407102C2 (en) Method for generation of nanostructures
KR101780441B1 (en) Apparatus and method for fabricating Graphene films using a laser
García-López et al. Preparation of photocatalysts by physical methodologies
Khashan Synthesis of polyynes by laser ablation of graphite in ethanol
JP6614651B2 (en) Method and apparatus for producing silicon nanoparticles
CN103409729A (en) Method for preparing diamond-like film by virtue of high-power laser irradiation
Ibrahim et al. Excimer laser surface treatment of plasma sprayed alumina–13% titania coatings
CN1768963A (en) Method and apparatus for laser interference coupling preparation of nono-material
JP2004148198A (en) Ultrafine ink-jet printing nozzle and its production method
Chkalov et al. Femtosecond laser micromachining of thin-film coatings in a high-voltage electrostatic field
Kochuev et al. Deposition of GaN nanoparticles on the surface of a copper film under the action of electrostatic field during the femtosecond laser ablation synthesis in ammonia environment
JP3939669B2 (en) Thin film production method and fine particle deposition method
RU2640114C2 (en) Laser plasmotron for deposition of composite diamond coatings
US20220372646A1 (en) Method and device for synthesis of diamond and all other allotropic forms of carbon by liquid phase synthesis
US11148945B2 (en) Method assisted by a laser and high-intensity electric fields for the synthesis and collection of nanoparticles and the generation of coatings
Compagnini Noble metal particles for polymer-based nanostructured thin films
JPS62128528A (en) Laser surface treating device

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20120606

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130311

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20150310

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200311