СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПЛЕНКИ МЕТАЛЛА Российский патент 2014 года по МПК C23C20/02 

Описание патента на изобретение RU2507309C1

Изобретение относится к способам получения пленок металлов, например, в виде покрытий. Такие материалы могут быть использованы в металлургии, машиностроении, материаловедении, при изготовлении материалов с необычными физико-химическими, электрофизическими, фотофизическими, магнитными, каталитическими свойствами.

Известен способ получения пленок металлов, в котором авторы предлагают способ нанесения покрытия, по меньшей мере, на одну сторону перемещающейся подложки путем вакуумного напыления слоя металла или металлического сплава, который может сублимироваться. Металл или металлический сплав размещают напротив стороны подложки в виде, по меньшей мере, двух слитков, находящихся в контакте друг с другом. Во время нанесения покрытия поверхность указанных слитков, обращенную к указанной стороне подложки, удерживают параллельно подложке и на постоянном от нее расстоянии (патент РФ №2458180, С23С 14/24, 2011 год).

Недостатком известного способа получения пленок является его сложность, которая обусловлена, во-первых, тем, что процесс происходит в вакууме, во-вторых, для реализации процесса предлагается достаточно сложное устройство, в-третьих, напыляемые металлы необходимо нагревать до высокой температуры.

Известен способ получения пленок металлов состава Zn2-2xCuxInxSe2, который осуществляют в две стадии. На первой стадии на подложку или на подложку с проводящим контактом вакуумным напылением наносят (последовательно или совместно) компоненты исходного соединения: халькогенид цинка и халькогениды меди и индия с требуемым для синтезируемого соединения атомным соотношением с превышением над стехиометрическим на 5-10 ат % содержанием индия. На второй стадии осуществляют отжиг полученной структуры при температуре, изменяемой от 150°С до 550°С, в парах халькогена с избыточным давлением в течение времени, необходимого для синтеза и рекристаллизации слоя (патент РФ №2236065, Н01l 31/18, 2004 год).

Недостатком известного способа является его сложность: во-первых, процесс получения пленок включает две стадии, во-вторых, для осуществления первой стадии необходим вакуум, а вторая стадия требует повышенного давления паров халькогенида, например, селена.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать простой, надежный способ получения пленок металлов.

Поставленная задача решена в предлагаемом способе нанесения пленки металла на подложку, включающем обработку летучей соли неорганической кислоты соответствующего металла при нагревании, в котором порошкообразный хлорид соответствующего металла помещают в реакционное пространство, где расположена подложка, пропускают через реакционное пространство смесь водяного пара и оксид углерода(II), взятых в соотношении водяной пар: оксид углерода(II)=0,9÷1:1, со скоростью 5-10 мл/мин и нагревают реакционное пространство со скоростью 15-20°С/мин до температуры плавления соответствующего хлорида.

В настоящее время не известен способ получения пленок металлов на подложке путем обработки хлорида соответствующего металла в смеси водяного пара и оксида углерода (II), взятых в определенном соотношении и подаваемых в реакционное пространство с определенной скоростью.

Исследования, проведенные авторами, позволили установить, что в предлагаемых температурных режимах и газовых средах удается получать осажденную на подложку пленку металла путем термогидролиза летучей при определенной температуре соли неорганической кислоты соответствующего металла с осаждением ее на подложку и последующим восстановлением до металла. При этом существенными являются параметры проведения процесса. Так, при подаче смеси водяного пара и оксида углерода(II) в реакционное пространство со скоростью менее 5 мл/мин снижается качество получаемой пленки (визуально пленка отслаивается от подложки). При подаче смеси водяного пара и оксида углерода (II) в реакционное пространство со скоростью более 10 мл/мин возможен выброс части реакционной массы с подложки. Также существенным является и соотношение водяного пара и оксида углерода (II): так при уменьшении соотношения менее, чем 0,9:1, не удается полностью восстановить металл из его соединения, при этом рентгенофазовый анализ показывает, что пленка на подложке не однофазна. Увеличение соотношения более, чем 1:1 ведет к перерасходу оксида углерода (II). Необходимость нагрева реакционного пространства со скоростью 15-20°С/мин объясняется следующими причинами: при увеличении скорости выше 20°С/мин наблюдается образование пористой структуры пленки, уменьшение скорости ниже 15°С/мин ведет к образованию не однофазной пленки.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом. Сухой порошкообразный хлорид соответствующего металла загружают в реакционное пространство кварцевой трубы, где расположена подложка, выполненная, например, из оксида циркония, и помещают в трубчатую печь. Запаянную часть трубы помещают в горячую зону печи, а незапаянную - в холодную часть печи. Трубу располагают в горизонтальном положении. Кварцевая труба снабжена подводящими и отводящими трубками. Включают подачу смеси оксида углерода(II) и водяного пара, взятых в соотношении водяной пар: и оксида углерода (II)=0,9÷1:1, со скоростью 5-10 мл/мин. Горячую часть кварцевой трубы нагревают до температуры плавления хлорида соответствующего металла со скоростью 15-20°С/мин. Подложка так же помещена в горячую часть трубы. Аттестацию полученного продукта проводят методами рентгенофазового анализа и растровой электронной микроскопии.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. 1,0 грамм сухого порошкообразного хлорида железа FeCl3·6H2O загружают в реакционное пространство, где расположена подложка из оксида цирконя, кварцевой трубы, которую помещают в трубчатую печь. Кварцевая труба снабжена подводящими и отводящими трубками. Включают подачу смеси водяного пара и оксида углерода(II), взятых в соотношении 1:1, со скоростью 5 мл/мин. Нагревают трубчатую печь со скоростью 15°С/мин. до температуры 310°С и выдерживают в течение 30 минут. После окончания процесса трубу вынимают из печи, извлекают подложку, на которую нанесена пленка. Аттестацию полученного продукта проводят методами рентгенофазового анализа и растровой электронной микроскопии. Рентгенофазовый анализ подтверждает наличие одной фазы - железа. Микрофотография полученной пленки железа представлена на фиг.1. Толщина пленки 7 мкм.

Пример 2. 1,0 грамм сухого порошкообразного хлорида меди CuCl2·4H2O загружают в реакционное пространство, где расположена подложка из оксида циркония, кварцевой трубы, которую помещают в трубчатую печь. Кварцевая труба снабжена подводящими и отводящими трубками. Включают подачу смеси водяного пара и оксида углерода(II), взятых в соотношении 0,9:1, со скоростью 10 мл/мин. Нагревают трубчатую печь со скоростью 20°С/мин. до температуры 500°С и выдерживают в течение 30 минут. После окончания процесса трубу вынимают из печи, извлекают подложку, на которую нанесена пленка. Аттестацию полученного продукта проводят методами рентгенофазового анализа и растровой электронной микроскопии. Рентгенофазовый анализ подтверждает наличие одной фазы - меди. Микрофотография полученной пленки меди представлена на фиг.2. Толщина пленки - 7 мкм.

Таким образом, авторами предлагается простой и надежный способ получения пленки металла на подложке.

Работа выполнена при поддержке Правительства Свердловской области и РФФИ (грант №10-03-96062-р-урал-а), а также работа получила поддержку Президиума РАН №12-П-3-1015.

Похожие патенты RU2507309C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ МЕТАЛЛОВ ИЛИ ИХ СПЛАВОВ 2012
  • Васильев Виктор Георгиевич
  • Владимирова Елена Владимировна
  • Карпова Татьяна Сергеевна
  • Носов Александр Павлович
  • Кожевников Виктор Леонидович
RU2509626C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОУЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОРОШКА ОКСИДА МЕТАЛЛА 2014
  • Васильев Виктор Георгиевич
  • Владимирова Елена Владимировна
  • Халиуллина Аделя Шамильевна
  • Карпова Татьяна Сергеевна
  • Кожевников Виктор Леонидович
  • Пастухов Владимир Иванович
  • Герасимова Екатерина Сергеевна
RU2579632C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА МЕТАЛЛА 2008
  • Васильев Виктор Георгиевич
  • Баженов Александр Валерьевич
  • Владимирова Елена Владимировна
  • Кожевников Виктор Леонидович
  • Носов Александр Павлович
  • Мохорт Екатерина Сергеевна
  • Чистякова Татьяна Сергеевна
RU2384522C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНОГО ОКСИДА МЕТАЛЛА НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА 2009
  • Васильев Виктор Георгиевич
  • Владимирова Елена Владимировна
  • Чистякова Татьяна Сергеевна
  • Носов Александр Павлович
  • Кожевников Виктор Леонидович
RU2424183C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ ПРОСТЫХ ИЛИ СЛОЖНЫХ ОКСИДОВ ИЛИ ИХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ 2005
  • Васильев Виктор Георгиевич
  • Владимирова Елена Владимировна
  • Носов Александр Павлович
  • Кожевников Виктор Леонидович
RU2309892C2
Способ получения тонкопленочных покрытий на основе двойного оксида кобальта-никеля 2022
  • Владимирова Елена Владимировна
  • Дмитриев Александр Витальевич
  • Есаулков Алексей Петрович
RU2792616C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЁНКИ ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСНОГО ГАЛОГЕНИДА 2020
  • Гудилин Евгений Алексеевич
  • Тарасов Алексей Борисович
  • Белич Николай Андреевич
  • Ивлев Павел Андреевич
RU2779015C2
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК С ГЕТЕРОГЕННОЙ ГРАНИЦЕЙ РАЗДЕЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК С ГЕТЕРОГЕННОЙ ГРАНИЦЕЙ РАЗДЕЛА 2010
  • Томаев Владимир Владимирович
RU2436876C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОДИСПЕРСНЫХ ФЕРРИТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ 2008
  • Медков Михаил Азарьевич
  • Стеблевская Надежда Ивановна
  • Волкова Людмила Михайловна
  • Добридень Сергей Петрович
RU2400427C2
Способ получения тонких плёнок оксида цинка или оксида олова, или смешанных оксидов цинка и олова (IV) 2020
  • Петров Виктор Владимирович
  • Баян Екатерина Михайловна
RU2761193C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 507 309 C1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПЛЕНКИ МЕТАЛЛА

Изобретение относится к способам получения пленок металлов, например, в виде покрытий, и может быть использован в металлургии и машиностроении при изготовлении материалов с необычными физико-химическими, электрофизическими, фотофизическими, магнитными или каталитическими свойствами. Согласно способу порошкообразный хлорид металла размещают на подложке в реакционном пространстве и пропускают через пространство смесь водяного пара и оксида углерода (II), взятых в соотношении водяной пар:оксид углерода(II)=0,9÷1:1, со скоростью 5-10 мл/мин. При этом реакционное пространство нагревают со скоростью 15-20°С/мин до температуры плавления соответствующей соли. Технический результат - упрощение технологии. 2 ил., 2 пр.

Формула изобретения RU 2 507 309 C1

Способ нанесения пленки металла на подложку, включающий обработку летучей соли неорганической кислоты соответствующего металла в реакционном пространстве, отличающийся тем, что в качестве летучей соли используют порошкообразный хлорид соответствующего металла, который помещают в реакционное пространство, пропускают через реакционное пространство смесь водяного пара и оксида углерода(II), взятых в соотношении водяной пар:оксид углерода(II)=0,9÷1:1, со скоростью 5-10 мл/мин и нагревают реакционное пространство со скоростью 15-20°С/мин до температуры плавления соответствующей соли.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2507309C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ ZNCU IN VI 2003
  • Гременок Валерий Феликсович
  • Зарецкая Елена Петровна
  • Залесский Валерий Борисович
RU2236065C1
МЕТАЛЛ ДЛЯ ЭЛЕКТРОНИКИ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ 1998
  • Файф Джеймс А.
RU2224808C2
JP 56112455 А, 04.09.1981
ЩИТОВОЙ ДЛЯ ВОДОЕМОВ ЗАТВОР 1922
  • Гебель В.Г.
SU2000A1

RU 2 507 309 C1

Авторы

Васильев Виктор Георгиевич

Владимирова Елена Владимировна

Карпова Татьяна Сергеевна

Носов Александр Павлович

Кожевников Виктор Леонидович

Даты

2014-02-20Публикация

2012-10-22Подача