RU2516366C2 - СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ ПЛЕНКИ АЛЬФА-Al2O3 (0001) НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДЛОЖКИ - Google Patents
СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ ПЛЕНКИ АЛЬФА-Al2O3 (0001) НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДЛОЖКИ Download PDFInfo
- Publication number
- RU2516366C2 RU2516366C2 RU2012138891/02A RU2012138891A RU2516366C2 RU 2516366 C2 RU2516366 C2 RU 2516366C2 RU 2012138891/02 A RU2012138891/02 A RU 2012138891/02A RU 2012138891 A RU2012138891 A RU 2012138891A RU 2516366 C2 RU2516366 C2 RU 2516366C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deposition
- alo
- substrate
- particles
- metal
- Prior art date
Links
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Изобретение относится к нанотехнологиям, в частности к методам осаждения наноразмерной пленки α-Al2O3 (0001) на металлические подложки α-Al2O3 (0001) в условиях сверхвысокого вакуума. Проводят нагрев, испарение и осаждение оксида алюминия на металлическую подложку с определенной ориентацией кристаллов. Осуществляют осаждение испаряемого потока, состоящего из частиц AlO и (AlO)2. Испаряемый поток состоит из частиц AlO и (AlO)2, а после осаждения каждого последующего монослоя проводят экспозицию в молекулярном кислороде при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 3 минут при температуре подложки 700°C. Получается ориентированная высокостабильная наноразмерная пленка α-Al2O3 (0001) на чистой поверхности металла-подложки с сохранением межфазовой границы оксид-металл на атомном уровне. 3 пр.
Description
Изобретение относится к методам осаждения тонких пленок на металлическую подложку, а именно к нанотехнологиям и наноструктурам.
Известен способ изготовления полярной упорядоченной тонкой пленки MgO («Method for preparing polar MgO order thin film», CN №1958455 (A), 2006.11.27), в котором на металлическую подложку в вакууме осаждают моноатомный слой магния, затем напускают в камеру O2 и нагревают сформированную подложку до температуры 400°C. После того как температура подложки стабилизируется, система естественным путем охлаждается до комнатной температуры, после чего процесс повторяется. Данная процедура приводит к формированию структурно-упорядоченной пленки оксида магния со структурой поверхности, соответствующей полярной грани кристалла MgO (111).
Недостатками этого способа являются: взаимная диффузия атомов магния и подложки, приводящая к нарушению структурного атомного порядка слоя магния и соответственно всего слоя оксида магния; а так же ожидаемая диффузия молекул кислорода сквозь слой магния и взаимодействие его с веществом подложки, приводящее к нарушению симметрии выращиваемой пленки. Оба указанных обстоятельства приводят к нарушению резкости межфазовой границы оксид-подложка, что существенно снижает характеристики получаемой системы.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ осаждения наноразмерной пленки α-Al2O3 (0001) на металлическую подложку в условиях сверхвысокого вакуума, включающий нагрев, испарение и осаждение оксида алюминия на металлическую подложку (EP 1616978 A1, МПК C23C 30/00, 18.01.2006, формула, пример).
Задачей изобретения является получение ориентированной, высокостабильной, наноразмерной пленки α-Al2O3 (0001) на чистой поверхности металла-подложки с сохранением резкости межфазовой границы оксид-металл на атомном уровне.
Поставленная задача достигается тем, что в условиях сверхвысокого вакуума порошок Al2O3 нагревают вольфрамовой спиралью до t≈2700-2800°C. При данной температуре происходит испарение Al2O3 с последующим осаждением молекул оксида на металлическую подложку, поддерживаемую при температуре 700°C.
В качестве подложки используют поверхность кристалла металла с определенной ориентацией, способствующей получению пленки α-Al2O3 (0001), так как на атомную структуру растущей пленки оксида алюминия значительное влияние оказывает симметрия подложки.
В процессе формирования пленки, после каждого очередного нанесенного монослоя, проводят экспозицию в молекулярном кислороде при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 3 минут при температуре подложки 700°C.
Получаемая таким образом пленка оксида алюминия, начиная с толщины в 5 ангстрем, обладает стехиометрией Al2O3, атомной структурой соответствующей поверхности α-Al2O3 (0001) и электронными свойствами, характерными для массивного оксида алюминия.
В процессе формирования пленки оксида алюминия указанным способом не происходит диффузии напыляемых частиц AlO и (AlO)2 в подложку, что обеспечивает формирование резких межфазовых границ металл-оксид на атомном уровне. Вместе с тем при непосредственном контакте частиц AlO с поверхностью подложки происходит изменение свойств межатомной Al-O связи по сравнению со связью Al-O в массивном оксиде алюминия. Как следствие, первый мономолекулярный слой обладает новыми уникальными электронными свойствами, не характерными для массивного кристалла.
Как видно из изложенного техническая задача реализуется полностью и в сравнении с известным техническим решением - прототипом, имеет большие преимущества:
1) Высокая стабильность получаемых пленок α-Al2O3 (0001) - термическая обработка даже при высоких температурах (1000-1500°C) не приводит к изменению свойств пленки оксида алюминия.
2) В отличие от MgO (111), где пленка стабильна только при малой толщине - 5 монослоев (при больших толщинах структура (111) разрушается), толщина формируемой пленки α-Al2O3 может быть достаточно большой - порядка 100 монослоев с сохранением стабильности, структуры и электронных свойств.
3) Имеется возможность «настройки» электронных свойств поверхности пленки оксида алюминия при сверхнизких толщинах 1-2 монослоя, когда электронные свойства поверхности обусловлены ослаблением межатомной Al-O связи.
Пример 1
Порошок оксида алюминия чистотой не ниже 99,96%, нанесенный на вольфрамовую нить диаметром 0,35 мм, в условиях сверхвысокого вакуума нагревается до температуры 2700-2800°C, при которой плотность потока испаряемых частиц оксида алюминия составляет 3×1014 частиц/мин × см2. При осаждении таких частиц на атомарно чистую поверхность кристалла Mo (110), поддерживаемую при температуре 700°C и при последующей выдержке каждого нанесенного монослоя оксида алюминия в атмосфере кислорода при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 3 минут, образуется сплошная упорядоченная стехиометрическая пленка оксида α-Al2O3 (0001), начиная с монослойного покрытия.
Пример 2
Порошок оксида алюминия чистотой не ниже 99,96%, нанесенный на вольфрамовую нить диаметром 0,35 мм, в условиях сверхвысокого вакуума нагревается до температуры 2700-2800°C, при которой плотность потока испаряемых частиц оксида алюминия составляет 4×1014 частиц/мин × см2. При осаждении таких частиц на атомарно чистую поверхность кристалла W (110), поддерживаемую при температуре 800°C и при последующей выдержке каждого нанесенного монослоя оксида алюминия в атмосфере кислорода при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 4 минут, образуется сплошная упорядоченная стехиометрическая пленка оксида α-Al2O3 (0001), начиная с монослойного покрытия.
Пример 3
Порошок оксида алюминия чистотой не ниже 99,96%, нанесенный на вольфрамовую нить диаметром 0,35 мм, в условиях сверхвысокого вакуума нагревается до температуры 2700-2800°C, при которой плотность потока испаряемых частиц оксида алюминия составляет 5×1014 частиц/мин × см2. При осаждении таких частиц на атомарно чистую поверхность кристалла Re (0001), поддерживаемую при температуре 850°C и при последующей выдержки каждого нанесенного монослоя оксида алюминия в атмосфере кислорода при парциальном давлении 2×10-7 мм рт.ст. в течение 4 минут, образуется сплошная упорядоченная стехиометрическая пленка оксида α-Al2O3 (0001), начиная с монослойного покрытия.
Claims (1)
- Способ осаждения наноразмерной пленки α-Al2O3 (0001) на металлическую подложку в условиях сверхвысокого вакуума, включающий нагрев, испарение и осаждение оксида алюминия на металлическую подложку с определенной ориентацией кристаллов, отличающийся тем, что осуществляют осаждение испаряемого потока, состоящего из частиц AlO и (AlO)2, при этом после осаждения каждого последующего монослоя проводят экспозицию в молекулярном кислороде при парциальном давлении 10-7 мм рт.ст. в течение 3 минут при температуре подложки 700°C.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012138891/02A RU2516366C2 (ru) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ ПЛЕНКИ АЛЬФА-Al2O3 (0001) НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДЛОЖКИ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012138891/02A RU2516366C2 (ru) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ ПЛЕНКИ АЛЬФА-Al2O3 (0001) НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДЛОЖКИ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012138891A RU2012138891A (ru) | 2014-03-20 |
RU2516366C2 true RU2516366C2 (ru) | 2014-05-20 |
Family
ID=50279941
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012138891/02A RU2516366C2 (ru) | 2012-09-10 | 2012-09-10 | СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ ПЛЕНКИ АЛЬФА-Al2O3 (0001) НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДЛОЖКИ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2516366C2 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2634326C2 (ru) * | 2015-12-01 | 2017-10-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБУ ВО ВГУ) | Способ получения нанопрофилированной ультратонкой пленки Al2O3 на поверхности пористого кремния |
RU2676719C1 (ru) * | 2018-02-14 | 2019-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук | Способ низкотемпературного нанесения нанокристаллического покрытия из альфа-оксида алюминия |
RU2796218C1 (ru) * | 2022-10-19 | 2023-05-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный научный центр "Владикавказский научный центр Российской академии наук" (ВНЦ РАН) | Способ получения наноразмерной пленки гамма-Al2O3(111) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005298907A (ja) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Oike Ind Co Ltd | 鱗片状メタルフレークの製造方法及び鱗片状メタルフレーク |
EP1616978A1 (en) * | 2004-07-16 | 2006-01-18 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Multilayer coating excellent in wear and heat resistance |
RU2287609C2 (ru) * | 2000-09-25 | 2006-11-20 | Снекма Моторс | Способ изготовления на подложке из специального сплава защитного покрытия, образующего тепловой барьер, со связующим подслоем и изделие, полученное этим способом |
EP1526111B1 (en) * | 2003-10-10 | 2007-05-09 | General Electric Company | Nano-multilayered structures, components and associated methods of manufacture |
-
2012
- 2012-09-10 RU RU2012138891/02A patent/RU2516366C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2287609C2 (ru) * | 2000-09-25 | 2006-11-20 | Снекма Моторс | Способ изготовления на подложке из специального сплава защитного покрытия, образующего тепловой барьер, со связующим подслоем и изделие, полученное этим способом |
EP1526111B1 (en) * | 2003-10-10 | 2007-05-09 | General Electric Company | Nano-multilayered structures, components and associated methods of manufacture |
JP2005298907A (ja) * | 2004-04-13 | 2005-10-27 | Oike Ind Co Ltd | 鱗片状メタルフレークの製造方法及び鱗片状メタルフレーク |
EP1616978A1 (en) * | 2004-07-16 | 2006-01-18 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) | Multilayer coating excellent in wear and heat resistance |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2634326C2 (ru) * | 2015-12-01 | 2017-10-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБУ ВО ВГУ) | Способ получения нанопрофилированной ультратонкой пленки Al2O3 на поверхности пористого кремния |
RU2676719C1 (ru) * | 2018-02-14 | 2019-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук | Способ низкотемпературного нанесения нанокристаллического покрытия из альфа-оксида алюминия |
RU2796218C1 (ru) * | 2022-10-19 | 2023-05-18 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный научный центр "Владикавказский научный центр Российской академии наук" (ВНЦ РАН) | Способ получения наноразмерной пленки гамма-Al2O3(111) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012138891A (ru) | 2014-03-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Yang et al. | Effects of depositing temperatures on structure and optical properties of TiO2 film deposited by ion beam assisted electron beam evaporation | |
Fan et al. | Single-crystalline MgAl2O4 spinel nanotubes using a reactive and removable MgO nanowire template | |
Subramanian et al. | Influence of substrate temperature on the materials properties of reactive DC magnetron sputtered Ti/TiN multilayered thin films | |
Perekrestov et al. | Self-organization of copper nanosystems under Volmer–Weber conditions during quasi-equilibrium condensation | |
Donmez et al. | Fabrication of hafnia hollow nanofibers by atomic layer deposition using electrospun nanofiber templates | |
RU2516366C2 (ru) | СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ ПЛЕНКИ АЛЬФА-Al2O3 (0001) НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДЛОЖКИ | |
Wang et al. | Preparation and characterization of cerium (IV) oxide thin films by spray prolysis method | |
Perekrestov et al. | Structure formation mechanisms of low-dimensional porous titanium systems condensed under quasi-equilibrium steady-state conditions | |
Salah et al. | Synthesis and characterization of pure and Tb/Cu doped Alq3 nanostructures | |
Perekrestov et al. | Impact of selective processes on Al porous structures formation during self-organized quasi-equilibrium steady-state condensation | |
Reddy et al. | Nanostructured alumina films by E-beam evaporation | |
Liu et al. | Synthesis of iron sulfide and iron oxide nanocrystal thin films for green energy applications | |
Itoh et al. | Growth process of CuO (1 1 1) and Cu2O (0 0 1) thin films on MgO (0 0 1) substrate under metal-mode condition by reactive dc-magnetron sputtering | |
Perekrestov et al. | Self-assembly of porous Cu structures during steady-state condensation of weakly supersaturated vapors | |
KR101470830B1 (ko) | 3차원 탄소구조체의 합성방법 및 이에 의하여 합성된 3차원 탄소구조체 | |
Chao et al. | Vertically aligned ZnO nanowires prepared by thermal oxidation of RF magnetron sputtered metallic zinc films | |
JP2020508394A (ja) | 高温安定性組成変調ハードコート被膜 | |
RU2442842C2 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОРАЗМЕРНОЙ ПЛЕНКИ MgO (111) НА МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКЕ | |
Liu et al. | An alternative approach to in situ synthesize single crystalline ZnO nanowires by oxidizing granular zinc film | |
Zakar et al. | Controlling defects in fine-grained sputtered nickel catalyst for graphene growth | |
Makarova et al. | Oriented growth of oxygen-free C 60 crystallites on silicon substrates | |
CN113322514A (zh) | 分子束外延技术制备(00l)择优取向低熔点铋薄膜的方法 | |
Dhonge et al. | Synthesis of meso-crystalline Al2O3 nano-platelet coatings using combustion chemical vapor deposition (C-CVD) | |
Chen et al. | X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscopy study of internally oxidized Nb–Ru coatings | |
Rosli et al. | Effect of seed layer morphology on the growth of zinc oxide nanotetrapods by thermal chemical vapour deposition method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170911 |