Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
зическими, химическими свойствами и функциональным назначе-
нием синтезируемых слоев.
Существуют следующие методы получения пленок: вакуумное ис-
парение, электронно-лучевое испарение, ионно-лучевое осаждение, 
газофазный синтез, пиролиз аэрозоля, термическое испарение в ва-
кууме, магнетронное испарение, твердофазный метод, золь-гель ме-
тод и т. д. Кроме того, существуют следующие методы формирования 
пленок: эпитаксия, метод химической сборки, метод молекулярного 
наслаивания, метод матричного твердотельного синтеза, трафарет-
ная печать, литографические методы, катодное напыление, катодное 
восстановление, анодное окисление и др.
Исторически первым процессом синтеза слоев вещества с про-
странственным разделением элементарных стадий является процесс 
конденсации М. Фарадея (1857), однако необходимость поддерживать 
определенный вакуум на значительный период задержало использо-
вание и совершенствование этого метода.
Одним из перспективных научных направлений является использо-
вание 
электрохимического синтеза
для конструирования нано-
структурных материалов. Суть его заключается в формировании в ходе 
кинетически контролируемого электровосстановления двухмерных 
(лэнгмюровских) монослоев металлических наночастиц под монослой-
ными матрицами поверхностно-активных веществ (ПАВ). Основными 
достоинствами метода являются экспериментальная доступность и воз-
можность контроля и управления процессом получения наночастиц.
Электрохимический метод связан с выделением на катоде веще-
ства в процессе электролиза простых и комплексных катионов и ани-
онов. Если в цепь постоянного электрического тока включить систе-
му, состоящую из двух электродов и раствора (расплава) электролита, 
то у электродов будут протекать реакции окисления-восстановления, 
т. е. в основе электрохимического осаждения лежит электролиз рас-
твора, содержащего ионы необходимых веществ. Например, если тре-
буется осадить медь, используется раствор медного купороса, а если 
золото или никель — растворы соответствующих солей металлов. 
Ионы металлов имеют в растворе положительный заряд, поэтому, 
чтобы осадить металлическую пленку, подложку следует использо-
вать как катод. Если подложка является диэлектриком или имеет низ-
кую проводимость, на нее предварительно наносят тонкий металли-

---

83
2.3. осаждение и напыление на подложку
ческий подслой, который и служит катодом. Подслой можно нанести 
методом термического или ионно-плазменного напыления. Образу-
ющийся на катоде осадок в результате, например, электрокристалли-
зации в морфологическом отношении может быть как рыхлым, так 
и плотным слоем из множества микрокристаллитов. На текстуру осад-
ка влияют многие факторы, такие, например, как природа вещества 
и растворителя, тип и концентрация ионов целевого продукта и по-
сторонних примесей, адгезионные свойства осаждаемых частиц, тем-
пература среды, электрический потенциал, условия диффузии и др. 
Большое преимущество электрохимического осаждения перед напы-
лением состоит в гораздо большей скорости процесса, которая легко 
регулируется изменением тока. Поэтому основная область примене-
ния электролиза в микроэлектронике — это получение сравнитель-
но толстых пленок (от 10 мкм и более). Качество наноструктуры та-
ких пленок хуже, чем при напылении, но для ряда применений они 
оказываются вполне приемлемыми.
Эффективным методом нанесения покрытий и пленок является 
импульсное электроосаждение
. Оно широко применяется для 
получения наноструктурированных металлов. Подложка помещает-
ся в раствор, содержащий ионы осаждаемого элемента. Между слоем 
осажденного металла на подложке и электродом, погруженным в рас-
твор, создается изменяемая во времени (пульсирующая) разность по-
тенциалов. Пульсирующее напряжение способствует созданию од-
нородного покрытия. Исследование влияния параметров осаждения 
на структуру и свойства никелевого покрытия показало, что распреде-
ление зерен по размеру является узким, а размер зерен Ni составляет 
от 13 до 93 нм. При нагреве полученного покрытия до 380 K рост зе-
рен отсутствовал, а размер зерен и химический состав нанокристал-
лического сплава Ni
1–
x
Cu
x
, осажденного при комнатной температуре, 
можно регулировать изменением параметров импульсного режима 
и добавлением органических веществ в раствор.
Существует группа доступных методов осаждения пленок окислов, 
нитридов и других соединений различных металлов. Одним из рас-
пространенных электрохимических способов проведения такого про-
цесса является 
анодирование
: пленка растет на аноде в электроли-
тической ванне. Основное уравнение, управляющее ходом процесса, 
можно записать следующим образом:

---

84