ЭЛЕМЕНТ ЭЛЕКТРОНИКИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК H05K3/10 H05K3/22 B82B1/00 B82B3/00 B32B15/00 C22C49/00 C22C47/00 

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к элементам электроники, состоящим из слоев и содержащим наноматериалы в своей конструкции.

Известны элементы электроники и способы их изготовления, включающие нанесение многослойных пленок (Касаткин С.И., Васильева Н.П., Муравьев A.M. Многослойные тонкопленочные магниторезистивные элементы // Институт проблем управления РАН, 2001, 188 с.). Однако такие слои имеют постоянные свойства по всей площади каждого слоя, что не позволяет снижать размеры элементов электроники.

Наиболее близким техническим решением являются элемент электроники, включающий слои материалов с проводящими и непроводящими участками, и способ его изготовления, состоящий из послойного нанесения требуемых материалов, по патенту РФ 2329622 (C1) «Способ изготовления многослойной тонкопленочной структуры» (Заявка: 2007100654/09, 09.01.2007), однако в этом решении применяются слои с постоянными свойствами по всей своей площади, что не позволяет снизить размеры элементов.

Задачей изобретения является снижение размеров элементов электроники.

Поставленная задача достигается тем, что в элементе электроники, включающем слои материалов с проводящими и непроводящими участками, как минимум один слой выполнен из металломатричного композита, содержащего 25-75% (объемных) упрочняющих частиц, состоящих из наноалмазов с высоким электрическим сопротивлением и луковичнообразных углеродных наночастиц с низким электрическим сопротивлением, расположенных в порядке, обеспечивающем протекание электрического тока в требуемом направлении.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в элементе электроники матрица металломатричного композита выполнена из металла, выбранного из ряда: медь, алюминий, золото, платина, никель, серебро, цинк, олово, свинец, тантал (или их сплавов).

Поставленная задача может достигаться также тем, что в элементе электроники металломатричный композит дополнительно содержит 1-25% (объемных) бороводородных соединений таким образом, что общее содержание упрочняющих частиц не превышает 77% (объемных).

Поставленная задача может достигаться также тем, что в элементе электроники как минимум один слой выполнен с переменным содержанием упрочняющих частиц по высоте.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники, состоящем из послойного нанесения требуемых материалов, как минимум один слой изготавливают из металломатричного композита, получаемого методом механического легирования исходных частиц материала матрицы и 25-75% (объемных) наноалмазных частиц, при этом вначале получают гранулы композиционного материала, затем наносят композиционный материал на предварительно подготовленную технологическую поверхность, осуществляют выравнивание поверхности, затем осуществляют локальный нагрев тех участков, которые должны быть проводящими, до температур, превышающих 1000°C, тем самым трансформируя наноалмазы в луковичнообразные углеродные наночастицы.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники при получении гранул композиционного материала методом механического легирования в состав композита добавляют бороводородные соединения.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники бороводородные соединения добавляют в заключительной стадии механического легирования на период времени, составляющий 0,05-0,9 времени всего периода обработки методом механического легирования.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники участки, которые должны быть проводимыми, предварительно локально нагревают до температуры 300-800°C.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники после предварительного нагрева элемент выдерживают в вакууме.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники локальный нагрев осуществляют в вакууме.

Поставленная задача может достигаться также тем, что в способе изготовления элементов электроники при локальном нагреве элемента электроники его охлаждают.

В элементе электроники, включающем слои материалов с проводящими и непроводящими участками, согласно изобретению, как минимум, один слой выполнен из металломатричного композита, содержащего 25-75% (объемных) упрочняющих частиц, состоящих из наноалмазов с высоким электрическим сопротивлением и луковичнообразных углеродных наночастиц с низким электрическим сопротивлением, расположенных в порядке, обеспечивающем протекание электрического тока в требуемом направлении.

Возможно, что в элементе электроники, согласно изобретению, матрица металломатричного композита выполнена их металла, выбранного из ряда: медь, алюминий, золото, платина, никель, серебро, цинк, олово, свинец, тантал.

Возможно, что в элементе электроники, согласно изобретению, металломатричный композит дополнительно содержит 10-15% (объемных) бороводородных соединений таким образом, что общее содержание упрочняющих частиц составляет 50-60% (объемных).

Возможно, что в элементе электроники, согласно изобретению, как минимум один слой выполнен с переменным содержанием упрочняющих частиц по высоте.

В способе изготовления элементов электроники, состоящем из послойного нанесения требуемых материалов, согласно изобретению, как минимум один слой изготавливают из металломатричного композита, получаемого методом механического легирования исходных частиц материала матрицы и 25-75% (объемных) наноалмазных частиц, при этом вначале получают гранулы композиционного материала, затем наносят композиционный материал на предварительно подготовленную технологическую поверхность, осуществляют выравнивание поверхности, затем осуществляют локальный нагрев тех участков, которые должны быть проводящими, до температур, превышающих 1000°C, тем самым трансформируя наноалмазы в луковичнообразные углеродные наночастицы.

Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, при получении гранул композиционного материала методом механического легирования в состав композита добавляют бороводородные соединения.

Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, бороводородные соединения добавляют в заключительной стадии механического легирования на период времени, составляющий 0,05-0,9 времени всего периода обработки методом механического легирования.

Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, участки, которые должны быть проводимыми, предварительно локально нагревают до температуры 300-800°C.

Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, после предварительного нагрева элемент выдерживают в вакууме.

Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, локальный нагрев осуществляют в вакууме.

Возможно, что в способе изготовления элементов электроники, согласно изобретению, при локальном нагреве элемента электроники его охлаждают.

В элементе электроники, включающем слои материалов с проводящими и непроводящими участками, согласно изобретению, как минимум один слой выполнен из металломатричного композита, содержащего 25-75% (объемных) упрочняющих частиц, состоящих из наноалмазов с высоким электрическим сопротивлением и луковичнообразных углеродных наночастиц с низким электрическим сопротивлением, расположенных в порядке, обеспечивающем протекание электрического тока в требуемом направлении. Изобретение использует тот факт, что наноалмазы являются непроводящим материалом (удельное электрическое сопротивление очень высоко, более 10¹² Ом·м), а получаемые из наноалмазов луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) являются проводящим материалом (удельное электрическое сопротивление порядка 8,0·10^-6 Ом·м). Композиционные материалы с высоким содержанием наноалмазов также обладают высоким сопротивлением, а композиты с луковичнообразными углеродными частицами обладают сравнительно низким сопротивлением. Трансформация наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) начинается при нагреве выше 1000°C в безокислительных условиях. Размер наноалмазной частицы равен 5-6 нм. Существуют фракции от 2 нм и до 30 нм, но они незначительны. Луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) имеют приблизительно такой же размер. Расположив луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) в направлении, в котором требуется осуществить передачу электрического тока (электрического сигнала), получают проводник электрического тока очень малых размеров. Для снижения размеров выполняют такой материал в виде слоев, минимум одного. Слои между собой должны быть изолированы, кроме тех участков, на которых требуется передача электрического тока из одного слоя в другой.

В элементе электроники матрица металломатричного композита выполнена их металла, выбранного из ряда: медь, алюминий, золото, платина, никель, серебро, цинк, олово, свинец, тантал (или их сплавов). Для матрицы следует выбирать металл, который не взаимодействует с углеродными материалами или для этого взаимодействия требуются специальные условия. Алюминий образует карбиды, но в обычных условиях такого взаимодействия не наблюдается, поэтому алюминий возможно применять для данной цели. Металлы с низкой температурой плавления применяют, в основном, в виде сплавов.

В элементе электроники возможно, что металломатричный композит дополнительно содержит 10-15% (объемных) бороводородных соединений таким образом, что общее содержание упрочняющих частиц составляет 50-60% (объемных). Установлено, что бороводородные соединения (например, [(CH₃)₂NH₂]₂B₁₀H₁₀, [(CH₃)₄N]₂B₁₀H₁₀, [(C₄H₉)₄N]₂B₁₀H₁₀, [(C₆H₅)₄P]₃B₁₀H₁₀, [(C₂H₅)₃NH]₂B₁₀H₁₀, Cs₂B₁₂H₁₂, [(C₂H₅)₃NH]₂B₁₂H₁₂, [(C₄H₉)₃NH]₂B₁₂H₁₂, [(C₄H₉)₄N]₂B₁₂H₁₂, [(С₆Н₅)₄Р]₂В₁₂Н₁₂, ((C₂H₅)₃NH)[CuB₁₀H₁₀]) после механического легирования равномерно и чрезвычайно малыми частицами и тонкими пленками равномерно распределяется в металлической матрице. При этом электрическое сопротивление композита значительно возрастает, а теплопроводность резко снижается. Разлагаются данные материалы при температурах 300-700°C, то есть при температурах ниже трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. То есть при локальном нагреве для трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы будет происходить разложение бороводородных соединений, что приведет к снижению электрического сопротивления матрицы композита. Этот эффект становится заметным при содержании бороводородных соединений минимум 10% (объемный). Увеличение содержания бороводородных соединений более 15% приведет к снижению прочности и значительному увеличению электрического сопротивления, которое даже при локальном нагреве (отжиге) значительно не снизится. При увеличении суммарной объемной доли упрочняющих частиц (наноалмазы + бороводородные соединения) более 60% (объемных) сцепление композиционных гранул между собой становится чрезвычайно слабым, что приводит к резкому снижению прочности материала.

В элементе электроники возможно, что как минимум один слой выполнен с переменным содержанием упрочняющих частиц по высоте. Увеличение содержания наноалмазов в композите повышает эффективность работы элемента, то есть разница между значениями электрического сопротивления участков композита с наноалмазами и с луковичнообразными углеродными наночастицами возрастает. Но увеличение содержания наноалмазов более 60% приводит к снижению прочностных показателей материала (хотя прочностные показатели могут оставаться на удовлетворительном уровне до 75%). Именно поэтому предложено как минимум один слой выполнять с переменным содержанием упрочняющих частиц: в глубине слоя содержание наночастиц требуется малое для обеспечения прочности (например, менее 25%), а на поверхности слоя содержание наночастиц требуется большое (например, более 60%, однако, суммарная объемная доля наноалмазов в слое будет находиться в пределах 25-75%). Сцепление поверхностных слоев композита с внутренними слоями обеспечит прочность всего элемента (сцепление гранул с высоким содержанием наноалмазов между собой затруднено, а сцепление гранул с низким содержанием и гранул с высоким содержанием поверхности слоя позволит изготовить участки проводящего и непроводящего материала с большой разностью в величинах электрического сопротивления.

В способе изготовления элементов электроники, состоящем из послойного нанесения требуемых материалов, согласно изобретению, как минимум, один слой изготавливают из металломатричного композита, получаемого методом механического легирования исходных частиц материала матрицы и 25-75% (объемных) наноалмазных частиц, при этом вначале получают гранулы композиционного материала, затем наносят композиционный материал на предварительно подготовленную технологическую поверхность, осуществляют выравнивание поверхности, затем осуществляют локальный нагрев тех участков, которые должны быть проводящими, до температур, превышающих 1000°C, тем самым трансформируя наноалмазы в луковичнообразные углеродные наночастицы. Как уже указывалось, изобретение использует тот факт, что наноалмазы являются непроводящим материалом (удельное электрическое сопротивление очень высоко, более 10¹² Ом·м), а получаемые из наноалмазов луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) являются проводящим материалом (удельное электрическое сопротивление порядка 8,0·10^-6 Ом·м). Композиционные материалы с высоким содержанием наноалмазов также обладают высоким сопротивлением, а комплозиты с луковичнообразными углеродными частицами обладают сравнительно низким сопротивлением. Трансформация наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) начинается при нагреве выше 1000°C в безокислительных условиях. Размер наноалмазной частицы равен 5-6 нм. Существуют фракции от 2 нм и до 30 нм, но они незначительны. Луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) имеют приблизительно такой же размер. Расположив луковичнообразные углеродные наночастицы (графитообразный материал) в направлении, в котором требуется осуществить передачу электрического тока (электрического сигнала), получают проводник электрического тока очень малых размеров. Для снижения размеров выполняют такой материал в виде слоев, минимум одного. Слои между собой должны быть изолированы, кроме тех участков, на которых требуется передача электрического тока из одного слоя в другой. Наноалмазы в исходном состоянии находятся в агломерированном состоянии, агломераты могут достигать миллиметра в своих размерах. Для раздробления агломератов применяется механическое легирование совместно с частицами металлической матрицы. Механическое легирование позволяет раздробить агломераты вплоть до единичных наноалмазных частиц, а расположение наноалмазных частиц в металлической матрице препятствует их повторной агломерации и обеспечивает прочность материала. В результате механического легирования получают композиционные гранулы. Чем больше содержания наноалмазов, тем меньше размер гранул. При содержании порядка 50% наноалмазов, размер гранул не превышает 1 мкм. Нанесение гранул на требуемую поверхность для создания слоя можно различными способами, например, газодинамическим напылением или магнитно-импульсным прессованием. Возможно предварительно скомпактировать гранулы в объемный материал и наносить слои, уже применяя объемный композиционный материал (например, фрикционным плакированием). Содержание наноалмазов в приповерхностных слоях должно находиться в пределах от 25 до 75% (объемных). При меньших значениях очень трудно обеспечить высокое электрическое сопротивление композита. А при содержании более 75% прочность композита становится недостаточной для обеспечения стабильной работы элемента. После нанесения слоя композиционного материала осуществляют выравнивание поверхности, которое можно осуществлять любым способом: прессованием, обкаткой роликом и др. Эту операцию необходимо осуществить для того, чтобы следующий наносимый слой мог быть нанесен без дефектов. После выравнивания поверхности слоя осуществляют основную операцию: формирование проводящих участков в требуемом направлении. Для этого требуемые участки нагревают до температур выше 1000°C, лучше выше 1400°C, так как при этих температурах происходит трансформирование наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. Материал превращается из непроводящего в проводящий. Таким образом, в одном слое формируются участки проводящего материала в требуемом направлении. Такой нагрев можно осуществлять, например, ионным или электронным пучком. Диаметр пучка может быть очень малым (исчисляться в нанометрах), размер нагреваемой зоны может быть равен десяткам нанометров. То есть предлагаемый способ позволяет получать участки проводящего материала шириной в десятки нанометров, что значительно снижает размеры элемента электроники. После проведения этой операции возможно нанесение слоя изоляции, а затем нанесение нового слоя композиционного материала (возможно нанесения слоя композиционного материала без слоя изоляции). В известных технических решениях для получения такого расположения проводящих и непроводящих участков наносят, как минимум, на один слой больше (три слоя вместо двух), то есть предлагаемое техническое решение позволяет снизить размер элемента электроники на 33% по сравнению с существующими способами.

В способе изготовления элементов электроники возможно при получении гранул композиционного материала методом механического легирования в состав композита добавлять бороводородные соединения. Установлено, что бороводородные соединения (например, [(CH₃)₂NH₂]₂B₁₀H₁₀, [(CH₃)₄N]₂B₁₀H₁₀, [(C₄H₉)₄N]₂B₁₀H₁₀, [(C₆H₅)₄P]₂B₁₀H₁₀, [(C₂H₅)₃NH]₂B₁₀H₁₀, Cs₂B₁₂H₁₂, [(C₂H₅)₃NH]₂B₁₂H₁₂, [(C4H9)₃NH]₂B₁₂H₁₂, [(C₄H₉)₄N]₂B₁₂H₁₂, [(C₆H₅)₄P]₂B₁₂H₁₂, ((C₂H₅)₃NH)[CuB₁₀H₁₀]) после механического легирования равномерно и чрезвычайно малыми частицами и тонкими пленками равномерно распределяется в металлической матрице. При этом электрическое сопротивление композита значительно возрастает, а теплопроводность резко снижается. Разлагаются данные материалы при температурах 300-700°C, то есть при температурах ниже трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. То есть при локальном нагреве для трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы будет происходить разложение бороводородных соединений, что приведет к снижению электрического сопротивления матрицы композита.

В способе изготовления элементов электроники возможно бороводородные соединения добавлять в заключительной стадии механического легирования на период времени, составляющий (0,05-0,9) времени всего периода обработки методом механического легирования. Данную технологическую операцию предлагается проводить для того, чтобы вначале провести полное раздробление агломератов наноалмазов и равномерно распределить их в металлической матрице, обеспечив хороший контакт между наноалмазной частицей и металлической матрицей. Это положительно повлияет на снижение электрического сопротивления после трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. При времени обработки с бороводородными соединениями менее 0,05 времени всего периода механического легирования не будет достигнуто равномерное распределение бороводородных соединений в матрице, что не приведет к положительному результату. Увеличение времени обработки с бороводородными соединениями более 0,9 всего времени механического легирования устранит эффект от проведения такой операции, то есть результат будет такой же, как и при одновременном механическом легировании всех компонентов.

В способе изготовления элементов электроники участки, которые должны быть проводимыми, возможно предварительно локально нагревать до температуры 300-800°C. Эту операцию проводят для того, чтобы осуществить разложение бороводородных соединений предварительно, до проведения трансформации наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы. Это позволит удалить продукты распада бороводородных соединений, что снизит электрическое сопротивление требуемых участков. Для разложения бороводородных соединений применяют температуру не ниже 300°C (температура начала разложения) и не выше температуры 800°C (гарантировано ниже температуры начала трансформации наноалмазов).

В способе изготовления элементов электроники возможно после предварительного нагрева элемент выдерживать в вакууме. Данную операцию предлагается осуществлять для полного удаления продуктов распада бороводородных соединений из металлической матрицы, что снизит электрическое сопротивление металлической матрицы.

В способе изготовления элементов электроники возможно локальный нагрев осуществлять в вакууме. Данная операция позволит снизить загрязнение локальных нагреваемых участков от загрязнения, снизит теплоотвод от нагреваемых участков, удалит остатки продуктов распада бороводородных соединений.

В способе изготовления элементов электроники при локальном нагреве элемента электроники возможно его охлаждать. Данная операция позволит еще более локализовать объем нагреваемого участка композиционного материала, что позволит снизить размеры элемента электроники, так как снизит размеры проводящих участков. Кроме этого, в случае применения в качестве материала матрицы металлов со сравнительно низкими значениями температуры плавления в процессе локального нагрева будет происходить локальное расплавление материала матрицы. Принудительное охлаждение позволит быстрее осуществить кристаллизацию данных участков. Охлаждение можно осуществлять различными способами. Наиболее эффективным способом в условиях вакуума является контакт с изделием из металла с высокой теплопроводностью, которое находится в контакте с хлодоагентом. Хладоагентом может выступать вода, но наиболее эффективным хладоагентом является жидкий азот.

Пример 1

Был изготовлен элемент электроники, представляющий собой пластинку (один слой) из композиционного материала «тантал + 50% (объемных) наноалмазов» размером 1 мм × 1 мм × 10 мкм, в приповерхностных слоях которой (с выходом на поверхность) были расположены луковичнообразные углеродные наночастицы, полученные из наноалмазов нагревом электронным пучком. Луковичнообразные углеродные наночастицы располагались таким образом, что образовывали 8 полосок проводящего материала шириной 500 нм и глубиной 250 нм от краев элемента к центральной части.

Пример 2

Был изготовлен элемент электроники из трех слоев композиционного материала «никель + 40% (объемных) наноалмазов + 15% (объемных) бороводородных соединений [(C₂H₅)₃NH]₂B₁₂H₁₂». Слои композиционного материала были изготовлены поочередно. Между ними дополнительные слои не наносились. Размеры элемента электроники: 1,5 мм × 1,5 мм × 50 мкм. Толщина каждого слоя находилась в пределах 15-20 мкм. На верхней и нижней поверхностях элемента было изготовлено по 8 полосок из проводящего материала, содержащего луковичнообразные углеродные наночастицы, от краев элемента к середине. На среднем слое было изготовлено четыре параллельные полоски через весь слой от края до края. Ширина проводящих полосок равнялась 500 нм, глубина - 250 нм.

Пример 3

Был изготовлен элемент электроники из трех слоев композиционного материала «никель + наноалмазы». Размеры элемента электроники: 1,5 мм × 1,5 мм × 90 мкм. Толщина каждого слоя составляла 20-35 мкм. В среднем слое содержание наноалмазов составляло 40% (объемных). Поверхностные слои имели переменное содержание наноалмазов от 55% (объемных) на поверхности и 25% (объемных) в более глубоких слоях. Слои наносились поочередно. На первом слое на поверхности, на которую впоследствии нанесут второй слой, было изготовлено две полоски из луковичнообразных углеродных наночастиц в никелевой матрице от края до края. Затем нанести второй слой и на его поверхности также нанесли две полоски из луковичнообразных углеродных наночастиц в никелевой матрице, но в перпендикулярном направлении, также от края до края. Затем нанесли третий слой. На свободных поверхностях крайних слоев нанесены по восемь полосок от краев к центру из луковичнообразных углеродных наночастиц в никелевой матрице.

Пример 4

Способ получения элемента электроники осуществили следующим образом. Механическим легированием в планетарной мельнице в течение 8 ч получили гранулы композиционного материала «никель + 50% (объемных) наноалмазов». Средний размер гранул равнялся 1 мкм. На стальную полированную подложку методом газодинамического напыления нанесли слой композиционного материала толщиной 30 мкм площадью 4 см², затем магнитно-импульсным прессованием выровняли поверхность, при этом толщина покрытия уменьшилась до 25 мкм. В центральной части участка с покрытием рассчитали 100 участков площадью 1,5 мм × 1,5 мм с учетом толщины реза. На каждом из участков от краев к центру электронным пучком в вакууме локально нагрели восемь полосок композиционного материала до 1400°C, тем самым осуществив трансформацию наноалмазных частиц в луковичнообразные углеродные наночастицы, то есть изготовили полоски проводящего материала. Затем электронным пучком разрезали покрытие на 100 рассчитанных участков, отделили покрытие от подложки. Было получено 100 элементов электроники.

Пример 5

Способ получения элемента электроники осуществили следующим образом. Механическим легированием в планетарной мельнице в течение 8 ч получили гранулы композиционного материала «никель + 45% (объемных) наноалмазов + 15% (объемных) бороводородного соединения [(C₄H₉)₃NH]₂B₁₂H₁₂». При этом первые 6 ч обработку в планетарной мельнице осуществляли только смесь никелевых и наноалмазных порошков, а заключительные 2 ч обработки осуществляли, добавив бороводородное соединение [(C4H9)₃NH]₂B₁₂H₁₂. Средний размер гранул равнялся 1 мкм. На стальную полированную подложку методом газодинамического напыления нанесли слой композиционного материала толщиной 30 мкм площадью 4 см², затем магнитно-импульсным прессованием выровняли поверхность, при этом толщина покрытия уменьшилась до 25 мкм. В центральной части участка с покрытием рассчитали 100 участков площадью 1,5 мм × 1,5 мм с учетом толщины реза. На каждом из участков от края до края разметили две параллельные полоски и предварительно локально нагрели их в вакууме электронным пучком до 500°C, после предварительного нагрева элемент выдержали в вакууме в течение 30 мин, после чего электронным пучком в вакууме локально нагрели эти две параллельные полоски композиционного материала до 1400°C, тем самым осуществив трансформацию наноалмазных частиц в луковичнообразные углеродные наночастицы, то есть изготовили полоски проводящего материала. Затем нанесли второй слой композиционного материала газодинамическим способом толщиной 30 мкм и выровняли поверхность покрытия магнитно-импульсным прессованием. Общая толщина покрытия составила 50 мкм. На каждом из заранее размеченных участках разметили по 8 полосок от краев к центру, предварительно локально нагрели их электронным пучком в вакууме до 600°C, после предварительного нагрева также в вакууме также локально осуществили основной нагрев электронным пучком до 1400°C, тем самым осуществив трансформацию наноалмазных частиц в луковичнообразные углеродные наночастицы, то есть изготовили полоски проводящего материала. Затем электронным пучком разрезали покрытие на 100 рассчитанных участков, отделили покрытие от подложки. Было получено 100 элементов электроники.

Пример 6

Способ получения элемента электроники осуществили следующим образом. Механическим легированием в планетарной мельнице в течение 8 ч получили гранулы композиционного материала «медь + 30% (объемных) наноалмазов + 10% (объемных) бороводородного соединения [(CH₃)₄N]₂B₁₀H₁₀» и композиционного материала «медь+50% (объемных) наноалмазов». Средний размер гранул равнялся 1 мкм. На стальную полированную подложку методом газодинамического напыления нанесли слой композиционного материала толщиной 30 мкм площадью 4,5 см², причем при напылении вначале (в течение первой половины работы установки) подавали гранулы композиционного материала «медь + 50% (объемных) наноалмазов», а вторую половину времени работы установки подавали гранулы композиционного материала «медь + 30% (объемных) наноалмазов +[(CH₃)₄N]₂B₁₀H₁₀». Затем магнитно-импульсным прессованием выровняли поверхность, при этом толщина покрытия уменьшилась до 25 мкм. Разместили в вакуумной камере на медной пластине стальную полированную подложку с нанесенным покрытием. Медная пластина последовательно соединена с участками медных тросов и медных стержней таким образом, что обеспечивается вакуум в вакуумной камере. Наружная часть медных стрежней и медных тросов была помещена в жидкий азот. Таким образом, осуществлялся отвод тепла от стальной пластины, на которую наносили покрытие из композиционного материала. В центральной части нанесенного композиционного покрытия рассчитали 121 участок площадью 1,2 мм × 1,2 мм каждый с учетом толщины реза. На каждом из участков электронным пучком в вакууме локально предварительно нагрели до 500°C две параллельные полоски композиционного материала от края до края участка 1,2 мм × 1,2 мм. Затем после выдержки в вакууме в течение 15 мин также локально электронным пучком нагрели эти же участки до температуры 1400°C. Медь при этом расплавлялась, но вследствие хорошего отвода тепла сразу же кристаллизовалась, но трансформация наноалмазов в луковичнообразные углеродные наночастицы проходила, то есть были изготовлены полоски проводящего материала. Затем нанесли второй слой композиционного материала толщиной 30 мкм также методом газодинамического напыления. Первую половику времени нанесения покрытия подавали гранулы композиционного материала «медь + 30% (объемных) наноалмазов + [(CH₃)₄N]₂B₁₀H₁₀», а вторую половину времени нанесения покрытия - гранулы композиционного материала «медь + 50% (объемных) наноалмазов». После этого осуществили выравнивание поверхности магнитно-импульсным прессованием. Суммарная толщина покрытия составила 50 мкм. На каждом из заранее размеченных участках разметили по 8 полосок от краев к центру, предварительно локально нагрели их электронным пучком в вакууме до 600°C, после предварительного нагрева также в вакууме также локально осуществили основной нагрев электронным пучком до 1400°C, тем самым осуществив трансформацию наноалмазных частиц в луковичнообразные углеродные наночастицы (при этом медная матрица была расплавлена и быстро кристаллизовалась вследствие хорошего отвода тепла), то есть изготовили полоски проводящего материала. Затем электронным пучком разрезали покрытие на 121 размеченный ранее участок, отделили покрытие от подложки. Был получен 121 элемент электроники.

Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к элементам электроники, состоящих из слоев и содержащих наноматериалы в своей конструкции. Технический результат - снижение размеров элементов электроники. Достигается тем, что в элементе электроники, включающем слои материалов с проводящими и непроводящими участками, как минимум, один слой выполнен из металломатричного композита, содержащего 25-75% (объемных) упрочняющих частиц, состоящих из наноалмазов с высоким электрическим сопротивлением и луковичнообразных углеродных наночастиц с низким электрическим сопротивлением, расположенных в порядке, обеспечивающем протекание электрического тока в требуемом направлении. В способе изготовления элементов электроники, состоящем из послойного нанесения требуемых материалов, как минимум, один слой изготавливают из металломатричного композита, получаемого методом механического легирования исходных частиц материала матрицы и 25-75% (объемных) наноалмазных частиц, при этом вначале получают гранулы композиционного материала, затем наносят композиционный материал на предварительно подготовленную технологическую поверхность, осуществляют выравнивание поверхности, затем осуществляют локальный нагрев тех участков, которые должны быть проводящими, до температур, превышающих 1000°C, тем самым трансформируя наноалмазы в луковично-образные углеродные наночастицы. 2 н. и 9 з.п. ф-лы.

1. Элемент электроники, включающий слои материалов с проводящими и непроводящими участками, отличающийся тем, что как минимум один слой выполнен из металломатричного композита, содержащего 25-75% (объемных) упрочняющих частиц, состоящих из наноалмазов с высоким электрическим сопротивлением и луковичнообразных углеродных наночастиц с низким электрическим сопротивлением, расположенных в порядке, обеспечивающем протекание электрического тока в требуемом направлении.

2. Элемент электроники по п. 1, отличающийся тем, что матрица металломатричного композита выполнена из металла, выбранного из ряда: медь, алюминий, золото, платина, никель, серебро, цинк, олово, свинец, тантал.

3. Элемент электроники по пп. 1 или 2, отличающийся тем, что металломатричный композит дополнительно содержит 10-15% (объемных) бороводородных соединений таким образом, что общее содержание упрочняющих частиц составляет 50-60% (объемных).

4. Элемент электроники по п.3, отличающийся тем, что как минимум один слой выполнен с переменным содержанием упрочняющих частиц по высоте.

5. Способ изготовления элементов электроники, состоящий из послойного нанесения требуемых материалов, отличающийся тем, что как минимум один слой изготавливают из металломатричного композита, получаемого методом механического легирования исходных частиц материала матрицы и 25-75% (объемных) наноалмазных частиц, при этом вначале получают гранулы композиционного материала, затем наносят композиционный материал на предварительно подготовленную технологическую поверхность, осуществляют выравнивание поверхности, затем осуществляют локальный нагрев тех участков, которые должны быть проводящими, до температур, превышающих 1000°C, тем самым трансформируя наноалмазы в луковичнообразные углеродные наночастицы.

6. Способ изготовления элементов электроники по п. 5, отличающийся тем, что при получении гранул композиционного материала методом механического легирования в состав композита добавляют бороводородные соединения.

7. Способ изготовления элементов электроники по пп. 5 или 6, отличающийся тем, что бороводородные соединения добавляют в заключительной стадии механического легирования на период времени, составляющий 0,05-0,9 времени всего периода обработки методом механического легирования.

8. Способ изготовления элементов электроники по п. 7, отличающийся тем, что участки, которые должны быть проводимыми, предварительно локально нагревают до температуры 300-800°C.

9. Способ изготовления элементов электроники по п. 8, отличающийся тем, что после предварительного нагрева элемент выдерживают в вакууме.

10. Способ изготовления элементов электроники по п. 8, отличающийся тем, что локальный нагрев осуществляют в вакууме.

11. Способ изготовления элементов электроники по пп. 8 или 10, отличающийся тем, что при локальном нагреве элемента электроники его охлаждают.