RU2601365C1 - Method of producing thin nanocrystalline intermetallic film on glass substrate - Google Patents
Method of producing thin nanocrystalline intermetallic film on glass substrate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2601365C1 RU2601365C1 RU2015131880/02A RU2015131880A RU2601365C1 RU 2601365 C1 RU2601365 C1 RU 2601365C1 RU 2015131880/02 A RU2015131880/02 A RU 2015131880/02A RU 2015131880 A RU2015131880 A RU 2015131880A RU 2601365 C1 RU2601365 C1 RU 2601365C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass substrate
- thin
- intermetallic
- synthesis
- film
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 36
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 35
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 30
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 20
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 229910003310 Ni-Al Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 11
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 21
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 14
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000943 NiAl Inorganic materials 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 6
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 229910018507 Al—Ni Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000003746 solid phase reaction Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000005865 ionizing radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 1
- 238000010671 solid-state reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/18—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/58—After-treatment
- C23C14/5806—Thermal treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области физики низкоразмерных структур, а именно тонких металлических пленок, способу их получения, формированию наноразмерной тонкопленочной структуры, и может быть использовано в различных высокотехнологичных областях промышленности и науки для создания новых материалов.The invention relates to the field of physics of low-dimensional structures, namely, thin metal films, the method for their preparation, the formation of a nanoscale thin-film structure, and can be used in various high-tech fields of industry and science to create new materials.
Известна воспламеняющаяся гетерогенная слоистая структура для осуществления экзотермической химической реакции в виде расширяющегося волнового фронта и способ получения наноструктурных многослойных пленок (патент США №5538795, 1996), включающий: выбор первого и второго экзотермического материала, попеременного составления их в единое целое, где каждый материал имеет толщину в диапазоне 0,002-1,0 мкм. Система обеспечивает экзотермическую реакцию, распространяющуюся со скоростью в диапазоне 0,2-100 метров в секунду в зависимости от пропорций слоев, синтезируется слой интерметаллического соединения, имеющий толщину в диапазоне 0,0003-0,018 мкм, расположенный между слоями первого и второго материалов и повторяющийся с периодом D в диапазоне 0,005-2,0 мкм.Known flammable heterogeneous layered structure for the implementation of an exothermic chemical reaction in the form of an expanding wavefront and a method for producing nanostructured multilayer films (US patent No. 5538795, 1996), including: the choice of the first and second exothermic material, alternately compiling them into a single unit, where each material has thickness in the range of 0.002-1.0 microns. The system provides an exothermic reaction propagating at a speed in the range of 0.2-100 meters per second depending on the proportions of the layers, an intermetallic compound layer is synthesized having a thickness in the range of 0.0003-0.018 μm, located between the layers of the first and second materials and repeating with period D in the range of 0.005-2.0 microns.
Способ не позволяет получить однородный тонкопленочный продукт в виде статистически распределенных островков интерметаллической фазы. Волновой процесс синтеза, базовые параметры которого определяются самим процессом, а именно производством энтальпии и потерями тепла, не позволяют управлять синтезом интерметаллической фазы.The method does not allow to obtain a homogeneous thin-film product in the form of statistically distributed islands of the intermetallic phase. The wave process of synthesis, the basic parameters of which are determined by the process itself, namely the production of enthalpy and heat loss, do not allow the synthesis of the intermetallic phase to be controlled.
Известен «Способ синтеза сверхпроводящего интерметаллических соединений в пленках» - (Патент РФ №2285743, заявка №2005104854/02 от 22.02.2005 г., Бюл. 29 от 20.10.06).The well-known "Method for the synthesis of superconducting intermetallic compounds in films" - (RF Patent No. 2285743, application No. 2005104854/02 of 02.22.2005, Bull. 29 of 10.20.06).
Согласно способу наносят с помощью ионно-плазменного совместного распыления исходных металлических мишеней из ниобия и олова, конденсации несверхпроводящей пленки твердого раствора исходных металлов и последующего воздействия потоком ионизирующего излучения заданной интенсивности для синтеза интерметаллического соединения путем сканирования потока по поверхности пленки или относительно потока.According to the method, it is applied using ion-plasma co-sputtering of initial metal targets from niobium and tin, condensation of a nonsuperconducting film of a solid solution of starting metals and subsequent exposure to a stream of ionizing radiation of a given intensity to synthesize an intermetallic compound by scanning the stream over the film surface or relative to the stream.
Данный способ не позволяет получить состав твердого раствора нужной стехиометрии (в анализируемом способе это интерметаллическое соединение Nb3Sn), в связи с тем, что в ходе облучения будет синтезироваться данное соединение и другие соединения системы Nb-Sn, кроме того, останется одна из металлических компонент, что не позволяет сформировать сверхпроводящий монофазный слой на заданной глубине пленки.This method does not allow to obtain the composition of the solid solution of the desired stoichiometry (in the analyzed method it is an intermetallic compound Nb 3 Sn), due to the fact that during the irradiation this compound and other compounds of the Nb-Sn system will be synthesized, in addition, one of the metallic component, which does not allow the formation of a superconducting single-phase layer at a given depth of the film.
Известен способ реализации самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и твердофазных реакций в двухслойных тонких пленках Al/Ni, Al/Fe, Al/Co (Мягков В.Г. и др. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез и твердофазные реакции в двухслойных тонких пленках // ЖТФ, 1998, т. 68, №10, с. 58-62), взятый за прототип. Волна синтеза реализуется при интенсивном нагреве до температуры инициирования реакции, которая на 300-350°С ниже, чем в макроскопических объемах порошковых экзотермических системах. Степень превращения исходных пленочных компонент составляет 0,6-0,8, лишь для системы Ni-Al достигнута степень превращения, равная 1, но при тщательном соблюдении стехиометрии Ni2Al3, однако и в этом случае наблюдается небольшое количество фазы NiAl. В двухслойных системах практически невозможно избежать многофазного структурного состояния по окончанию синтеза в связи со сложностью поддержания стехиометрического соотношения элементов в металлических слоях (в ходе синтеза интерметаллического соединения, например стехиометрии Ni2Al3, в окружающей матрице меняется соотношение компонент из-за диффузионного массопереноса их в зону реакции). Кроме того, процесс синтеза носит неуправляемый характер из-за самоподдерживающегося характера волнового процесса, который определяется внутренними параметрами системы. Для инициирования, а в ряде случаев и поддержания волны реакции, требуется интенсивный внешний источник энергии, компенсирующий потери энергии в результате теплоотвода.A known method for the implementation of self-propagating high-temperature synthesis and solid-state reactions in two-layer thin films Al / Ni, Al / Fe, Al / Co (Myagkov V.G. et al. Self-propagating high-temperature synthesis and solid-phase reactions in two-layer thin films // ZhTF, 1998, t . 68, No. 10, pp. 58-62), taken as a prototype. The synthesis wave is realized upon intense heating to the reaction initiation temperature, which is 300-350 ° C lower than in macroscopic volumes of exothermic powder systems. The degree of conversion of the starting film components is 0.6-0.8, only for the Ni-Al system the degree of conversion is 1, but with careful observance of the stoichiometry of Ni 2 Al 3 , however, in this case a small amount of the NiAl phase is also observed. In two-layer systems, it is practically impossible to avoid a multiphase structural state at the end of synthesis due to the difficulty in maintaining the stoichiometric ratio of elements in metal layers (during the synthesis of an intermetallic compound, for example, stoichiometry of Ni 2 Al 3 , the ratio of components in the surrounding matrix changes due to their diffusion mass transfer in reaction zone). In addition, the synthesis process is uncontrollable due to the self-sustaining nature of the wave process, which is determined by the internal parameters of the system. To initiate, and in some cases maintain a reaction wave, an intense external energy source is required to compensate for the energy loss resulting from heat removal.
Данный способ не позволяет осуществлять синтез интерметаллического соединения нужной концентрации интерметаллических островков в связи с невозможностью управлять процессом синтеза и формированием структуры тонкопленочного агрегата в ходе автоволнового процесса.This method does not allow the synthesis of an intermetallic compound of the desired concentration of intermetallic islands due to the inability to control the synthesis process and the formation of the structure of a thin-film aggregate during the autowave process.
Задача изобретения - получение интерметаллических тонких пленок для создания наноструктурных материалов с регулируемой плотностью распределения интерметаллической фазы в тонкоплечочном состоянии.The objective of the invention is the production of intermetallic thin films to create nanostructured materials with an adjustable density distribution of the intermetallic phase in the thin-arm state.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Предлагаемый способ получения тонкой нанокристаллической интерметаллической пленки осуществляется путем нанесения на подложку в вакууме не менее шести металлических слоев в последовательности Ni/Al/Ni/Al/Ni/Al для системы Ni-Al и последующего релаксационного отжига в вакууме путем ступенчатого нагрева пленок в интервале температур от комнатной температуры - 20 до 300°С. В процессе отжига происходит зарождение и рост множества островков интерметаллической фазы, плотность которых регулируется при ступенчатом нагреве, то есть получаются интерметаллические тонкие пленки с заданной плотностью интерметаллической фазы. Островки интерметаллической фазы на стадии зарождения представляют собой точечные объекты нанометрового масштаба, обладающие особыми свойствами электронной подсистемы низкоразмерного (нульмерного) объекта. Регулируя концентрацию островков интерметаллической фазы, получают тонкие пленки с заданными электрофизическими свойствами.The proposed method for producing a thin nanocrystalline intermetallic film is carried out by applying at least six metal layers to the substrate in vacuum in the sequence Ni / Al / Ni / Al / Ni / Al for the Ni-Al system and subsequent relaxation annealing in vacuum by stepwise heating the films in the temperature range from room temperature - 20 to 300 ° C. In the process of annealing, the nucleation and growth of many islands of the intermetallic phase occurs, the density of which is regulated by stepwise heating, i.e., intermetallic thin films with a given density of the intermetallic phase are obtained. The islands of the intermetallic phase at the nucleation stage are point objects of a nanometer scale that have special properties of the electronic subsystem of a low-dimensional (zero-dimensional) object. By adjusting the concentration of islands of the intermetallic phase, thin films with desired electrophysical properties are obtained.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Способ получения тонкой нанокристаллической интерметаллической пленки на стеклянной подложке осуществляется следующим образом.A method of obtaining a thin nanocrystalline intermetallic film on a glass substrate is as follows.
1. Выбор бинарной металлической системы, для синтезирования интерметаллических соединений системы Ni-Al в пленке Ni/Al/Ni/Al/Ni/Al.1. The choice of a binary metal system for the synthesis of intermetallic compounds of the Ni-Al system in a Ni / Al / Ni / Al / Ni / Al film.
2. Нанесение на подложку из силикатного стекла в вакууме при остаточном давлении не хуже 10-5 торр не менее шести металлических слоев, толщиной каждого слоя 30-60 нм.2. Application of a silicate glass substrate in vacuum at a residual pressure of no worse than 10 -5 torr of at least six metal layers, each layer 30-60 nm thick.
3. Ннагревают со скоростью 1 град/с от комнатной температуры ступенчато от 20 до 300°С вплоть до получения тонкой интерметаллической пленки с плотностью интерметаллической фазы, зависящей от конечной температуры нагрева.3. Heated at a speed of 1 deg / s from room temperature stepwise from 20 to 300 ° C until a thin intermetallic film with a density of the intermetallic phase, depending on the final heating temperature.
Выполнение перечисленных операций позволяет избежать ряд негативных процессов, сопровождающих получение тонких интерметаллических пленок в режиме волны синтеза:Performing the above operations avoids a number of negative processes accompanying the production of thin intermetallic films in the synthesis wave mode:
во-первых, при автоволновом синтезе нельзя вмешиваться в процесс и осуществлять регулирование этого процесса;firstly, during autowave synthesis it is impossible to interfere in the process and regulate this process;
во-вторых, при автоволновом синтезе интерметаллической пленки из двухслойной невозможно осуществить управление структурированием синтезируемого интерметаллического соединения из-за самоподдерживающегося характера автоволновой реакции и нарушения стехиометрии между слоями металлов.secondly, during autowave synthesis of an intermetallic film from a two-layer film, it is impossible to control the structuring of the synthesized intermetallic compound due to the self-sustaining nature of the autowave reaction and violation of stoichiometry between the metal layers.
В то же время при нанесении мультислоев (в связи с тем, что флуктуация состава возможна как в ту, так и другую сторону) в среднем стехиометрия интерметаллического соединения выдерживается точнее, что увеличивает вероятность зарождения как при конденсации из паров, так и в ходе термоактивируемого зарождения реакционных островков при ступенчатом нагреве. Контролируемый ступенчатый нагрев от комнатной температуры -20°С до 100°С, 200°С, 300°С, конденсированной системы металлических мультислоев приводит к синтезу интерметаллического соединения заданной стехиометрии. Реакция реализуется управляемо - в виде объемного синтеза - путем получения сплошной нанокристаллической интерметаллической пленки.At the same time, when applying multilayers (due to the fact that composition fluctuations are possible both ways), the average stoichiometry of the intermetallic compound is more accurately maintained, which increases the probability of nucleation both during condensation from vapors and during thermally activated nucleation reaction islands with step heating. Controlled stepwise heating from room temperature -20 ° С to 100 ° С, 200 ° С, 300 ° С, of a condensed system of metal multilayers leads to the synthesis of an intermetallic compound of a given stoichiometry. The reaction is implemented in a controlled manner - in the form of bulk synthesis - by obtaining a continuous nanocrystalline intermetallic film.
Пример 1.Example 1
Выбор металлической системы для осуществления синтеза интерметаллических соединений и получения многослойной тонкопленочной структуры обусловлен возможностью протекания в такой системе химических, в том числе и экзотермических реакций, конечным продуктом которых являются интерметаллические соединения. Рассмотрим диаграммы состояния двойных металлических систем Al-Ni (рис. 1).The choice of a metal system for the synthesis of intermetallic compounds and the production of a multilayer thin-film structure is due to the possibility of chemical, including exothermic, reactions in such a system, the end product of which are intermetallic compounds. Consider the state diagrams of binary metallic Al-Ni systems (Fig. 1).
Из анализа диаграммы состояния алюминий - никель (рис. 1) следует, что в этой системе возможны интерметаллические соединения Ni3Al, NiAl, Ni2Al3 и NiAl3. Наиболее вероятными являются соединения Ni3Al и NiAl, в ходе образования которых наблюдается большой экзотермический эффект.From an analysis of the aluminum – nickel state diagram (Fig. 1), it follows that Ni 3 Al, NiAl, Ni 2 Al 3, and NiAl 3 are possible in this system. The most probable compounds are Ni 3 Al and NiAl, during the formation of which a large exothermic effect is observed.
Пример 2.Example 2
Рассмотрим бинарные металлические пленки Ni/Al, полученные последовательной конденсацией из паровой фазы на стеклянные подложки пленок никеля и алюминия, толщиной каждого слоя примерно 30-60 нм. После получения пленки подвергаются отжигу путем нагрева с умеренной скорость 1 град/с до 600°С в вакууме с остаточным давление 10-5 torr. Проведен анализ структурно-фазового состояния бинарных пленок. На рис. 2 и 3 приведены рентгенограммы для пленки Ni/Al. В исходном состоянии конденсат аморфизирован, о чем свидетельствует сильный диффузионный фон рентгеновского излучения в широком интервале углов.Let us consider binary metallic Ni / Al films obtained by sequential condensation from the vapor phase onto glass substrates of nickel and aluminum films with a thickness of each layer of about 30-60 nm. After receipt of the film, they are annealed by heating at a moderate speed of 1 deg / s to 600 ° C in vacuum with a residual pressure of 10 -5 torr. The structural-phase state of binary films is analyzed. In fig. 2 and 3 are X-ray diffraction patterns for a Ni / Al film. In the initial state, the condensate is amorphized, as evidenced by the strong diffusion background of X-rays in a wide range of angles.
После отжига и прохождения структурной релаксации рентгенограмма (рис. 3) содержит рефлексы интерметаллической фазы, но диффузионный фон по-прежнему высокий, что свидетельствует о наличие остаточного (непрореагировавшего) металлического компонентаAfter annealing and structural relaxation, the X-ray diffraction pattern (Fig. 3) contains reflections of the intermetallic phase, but the diffusion background is still high, which indicates the presence of a residual (unreacted) metal component
Характерно, что структурное состояние пленок, которые по интегральной рентгенограмме являются аморфными, при детальном анализе можно назвать рентгеноаморфными, подчеркивая тем самым формирование некоторого дальнего порядка и кластеров уже в процессе конденсации двухслойных пленок Ni/Al. Этот вывод следует из проведенного ниже (рис. 3) анализа рентгенограмм.It is characteristic that the structural state of the films, which are amorphous in the integrated X-ray diffraction pattern, can be called X-ray amorphous in a detailed analysis, thereby emphasizing the formation of a certain long-range order and clusters already in the process of condensation of two-layer Ni / Al films. This conclusion follows from the analysis of radiographs carried out below (Fig. 3).
Уширение рефлексов аномально большое. Это свидетельствует о том, что структурное состояние тонкопленочного конденсата после проведения отжига характеризуется, как наноструктурное. Как показано в табл.1, размер зоны когерентного рассеяния составляет около 29,7 нм (размер зон когерентного рассеяния характеризует размер некоторого кристаллического кластера). То есть дальний порядок в расположении атомов фазы NiAl охватывает область размером 29, 7 нм. Размер кластеров алюминия меньше (размер зоны когерентного рассеяния для алюминия составляет 13 нм). Расчет размера зон когерентного рассеяния D производился по стандартной методике по упрощенной формулеReflex broadening is abnormally large. This indicates that the structural state of the thin-film condensate after annealing is characterized as nanostructured. As shown in Table 1, the size of the coherent scattering zone is about 29.7 nm (the size of the coherent scattering zones characterizes the size of some crystalline cluster). That is, the long-range order in the arrangement of atoms of the NiAl phase covers a region of 29.7 nm in size. The size of aluminum clusters is smaller (the size of the coherent scattering zone for aluminum is 13 nm). The calculation of the size of the coherent scattering zones D was carried out according to the standard method according to the simplified formula
Здесь λ - длина волны рентгеновского излучения в нм, β - уширение рентгеновского рефлекса в радианах, Θ - угловое положение рентгеновского рефлекса.Here, λ is the X-ray wavelength in nm, β is the broadening of the X-ray reflection in radians, and Θ is the angular position of the X-ray reflection.
О существовании остаточной металлической компоненты свидетельствует элементный состав бинарных пленок на рис. 4 и 5.The existence of a residual metal component is indicated by the elemental composition of binary films in Fig. 4 and 5.
Из приведенных данных следует, что фазовыми составляющими тонкопленочного конденсата являются интерметаллическое соединение NiAl и чистый алюминий. То есть тонкопленочный конденсат после проведения отжига и осуществления структурной релаксации двухфазный, табл. 2, 3.From the data presented it follows that the phase components of the thin-film condensate are the intermetallic compound NiAl and pure aluminum. That is, the thin-film condensate after annealing and structural relaxation is two-phase, tab. 2, 3.
Пример 3.Example 3
Рассмотрим мультислойные (шестислойные) металлические пленки систем Al-Ni и Ni/Al/Ni/Al/Ni/Al соответственно. Как и в примере 2, пленки получены последовательной конденсацией из паровой фазы на стеклянные подложки пленок никеля и алюминия. После конденсации в пленках осуществлен синтез в виде волнового процесса. Волна синтеза была инициирована интенсивным подогревом пленки и подложки в вакууме. В таблице 4 представлены данные по структурно-фазовому состоянию пленок после осуществления синтеза.Consider multilayer (six-layer) metal films of the Al-Ni and Ni / Al / Ni / Al / Ni / Al systems, respectively. As in Example 2, the films were obtained by sequential condensation from the vapor phase onto the glass substrates of nickel and aluminum films. After condensation in the films, synthesis was carried out in the form of a wave process. The synthesis wave was initiated by intense heating of the film and substrate in vacuum. Table 4 presents data on the structural phase state of the films after synthesis.
Как показано в табл. 4, фазовый состав тонких пленок мультислойной системы Ni-Al представлен соединением Ni3Al, NiAl и непрореагировавшими Ni и Al. Все фазы представлены в виде наночастиц размером 8-12 нм. Особенностью структурного состояния тонкопленочной системы является высоких уровень напряжений. Относительное изменение межплоскостного расстояния Δd/d составило от 3·10-3 до 7·10-3. Таким образом, в мультислойной металлической тонкопленочной системе при проведении синтеза в виде автоволнового процесса формируется многофазный тонкопленочный продукт, управлять процессом синтеза нельзя в силу именно самоподдерживающегося характера реакции.As shown in the table. 4, the phase composition of NiAl thin films of the multilayer system a compound represented by Ni 3 Al, NiAl and Ni and unreacted Al. All phases are presented in the form of nanoparticles with a size of 8-12 nm. A feature of the structural state of the thin-film system is a high level of stress. The relative change in interplanar distance Δd / d ranged from 3 · 10 -3 to 7 · 10 -3 . Thus, in a multilayer metal thin-film system during synthesis in the form of an autowave process, a multiphase thin-film product is formed, the synthesis process cannot be controlled due to the self-sustaining nature of the reaction.
Пример 4.Example 4
После получения мультислойного металлического конденсата и автоволнового синтеза интерметаллических соединений как в п. 3 рассмотрим структуру волны синтеза. Как показано на рис. 6, в системе Ni-Al волновой фронт имеет резкую сплошную границу, которой предшествует фрагментированная область - реакционные островки. Волна синтеза в тонкопленочной системе Ni-Al на микроуровне имеет структуру, характеризующую структурно-фазовое состояние тонкой пленки на разных стадиях формирования интерметаллической фазы. Таким образом, процесс синтеза интерметаллических соединений представляет собой эволюцию структуры от стадии зародышеобразования и множественного зарождения до стадии коалесценции растущих и вновь образующихся реакционных островков с плотностью интерметаллической фазы, зависящей от конечной температуры нагрева.After obtaining multilayer metal condensate and autowave synthesis of intermetallic compounds, as in Section 3, we consider the structure of the synthesis wave. As shown in fig. 6, in the Ni-Al system, the wavefront has a sharp continuous boundary, which is preceded by a fragmented region — reaction islands. The synthesis wave in the Ni-Al thin-film system at the micro level has a structure characterizing the structural-phase state of a thin film at different stages of the formation of the intermetallic phase. Thus, the process of synthesis of intermetallic compounds represents the evolution of the structure from the stage of nucleation and multiple nucleation to the stage of coalescence of growing and newly formed reaction islands with the density of the intermetallic phase, which depends on the final heating temperature.
Композиции, сформированные путем нагрева мультислойной пленки, могут быть использованы в качестве тест объектов для оптических приборов.Compositions formed by heating a multilayer film can be used as test objects for optical instruments.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015131880/02A RU2601365C1 (en) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | Method of producing thin nanocrystalline intermetallic film on glass substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015131880/02A RU2601365C1 (en) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | Method of producing thin nanocrystalline intermetallic film on glass substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2601365C1 true RU2601365C1 (en) | 2016-11-10 |
Family
ID=57277873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015131880/02A RU2601365C1 (en) | 2015-07-30 | 2015-07-30 | Method of producing thin nanocrystalline intermetallic film on glass substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2601365C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030206819A1 (en) * | 2002-05-02 | 2003-11-06 | Talia George E. | Method of making coatings comprising an intermetallic compound and coatings made therewith |
| US6672502B1 (en) * | 2000-11-28 | 2004-01-06 | The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Method for making devices having intermetallic structures and intermetallic devices made thereby |
| RU2285743C1 (en) * | 2004-04-12 | 2006-10-20 | Дочернее государственное предприятие (на праве хозяйственного ведения) "Институт ядерной физики" Республиканского государственного предприятия (на праве хозяйственного ведения) "Национальный ядерный центр Республики Казахстан" Министерства энергетики и минеральных ресурсов Республики Казахстан | Method of synthesis of superconducting inter-metallic joint in films |
| US7867633B2 (en) * | 2004-06-07 | 2011-01-11 | Colorado School Of Mines | Coatings for glass molding dies and forming tools |
-
2015
- 2015-07-30 RU RU2015131880/02A patent/RU2601365C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6672502B1 (en) * | 2000-11-28 | 2004-01-06 | The State Of Oregon Acting By And Through The State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University | Method for making devices having intermetallic structures and intermetallic devices made thereby |
| US20030206819A1 (en) * | 2002-05-02 | 2003-11-06 | Talia George E. | Method of making coatings comprising an intermetallic compound and coatings made therewith |
| RU2285743C1 (en) * | 2004-04-12 | 2006-10-20 | Дочернее государственное предприятие (на праве хозяйственного ведения) "Институт ядерной физики" Республиканского государственного предприятия (на праве хозяйственного ведения) "Национальный ядерный центр Республики Казахстан" Министерства энергетики и минеральных ресурсов Республики Казахстан | Method of synthesis of superconducting inter-metallic joint in films |
| US7867633B2 (en) * | 2004-06-07 | 2011-01-11 | Colorado School Of Mines | Coatings for glass molding dies and forming tools |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Мягков В.Г. и др. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез и твердофазные реакции в двухслойных тонких пленках, Журнал технической физики, 1998, т.68, N 10, с.58-62. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chevalier-César et al. | Growth mechanism studies of ZnO nanowire arrays via hydrothermal method | |
| Wahab et al. | Synthesis, characterization and effect of pH variation on zinc oxide nanostructures | |
| Premkumar et al. | Process study and characterization of VO2 thin films synthesized by ALD using TEMAV and O3 precursors | |
| Biswas et al. | Thioglycolic acid (TGA) assisted hydrothermal synthesis of SnS nanorods and nanosheets | |
| CN103303910B (en) | A kind ofly prepare the method for Graphene and the Graphene of preparation thereof | |
| Kim et al. | Mechanistic understanding of tungsten oxide in-plane nanostructure growth via sequential infiltration synthesis | |
| Xue et al. | High-temperature in situ investigation of chemical vapor deposition to reveal growth mechanisms of monolayer molybdenum disulfide | |
| Rana et al. | XRD and SEM investigation of swift heavy ion-irradiated polyvinylidene fluoride thin films | |
| Tsai et al. | Phase transformation and dielectric properties of sputtering-prepared Zn–Ti–O thin films | |
| RU2566129C1 (en) | Method of producing thin nanocrystalline intermetallic film on glass substrate | |
| Miran et al. | Structural and optical characteristics of pre-and post-annealed sol-gel derived CoCu-oxide coatings | |
| Coffey et al. | Vacuum ultraviolet-enhanced oxidation—A route to the atomic layer etching of palladium metal | |
| Hwang et al. | Atomic layer deposition and electrical properties of PbTiO3 thin films using metallorganic precursors and H2O | |
| RU2601365C1 (en) | Method of producing thin nanocrystalline intermetallic film on glass substrate | |
| RU2598723C1 (en) | Method of producing monophase intermetallic thin film | |
| Smith-Papin et al. | Crystallization-Based Modification of Ammonium Perchlorate Heat Release | |
| CN107604331B (en) | A method of Cu/Ti amorphous multilayer film is prepared with solid phase reaction technology | |
| RU2680072C1 (en) | Thin nanocrystalline inter-metallic film on glass substrate production method | |
| Lützenkirchen-Hecht et al. | Time‐Resolved Grazing Incidence X‐Ray Absorption Spectroscopy for the In Situ Investigation of the Initial Stages of Sputter‐Deposited Copper Thin Films | |
| Biehler et al. | Controlled synthesis of ZnO nanorods using different seed layers | |
| Luo et al. | Coherent atomic-scale ripples on metallic glasses patterned by low-energy ion irradiation for large-area surface structuring | |
| Kim et al. | Effects of annealing temperature on Parylene-C films formed by chemical vapor condensation method | |
| Paraye et al. | CZTS nanoparticles by one-pot sonochemical route–Effect of power density, pH and bath temperature | |
| Pershyn et al. | Reactive diffusion in Sc/Si multilayer X-ray mirrors with CrB 2 barrier layers | |
| Maskaeva et al. | Features of the Formation of Thin Films of Supersaturated Cd x Pb 1–x S Solid Solutions by Chemical Bath Deposition |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200731 |