Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
в области анода 
M + 
n
H
2
O 
→
MO
n
+ 2
n
H
+
+ 2
ne
в области катода 
2
ne
+ 2
n
H
2
O 
→
n
H
2 
↑
+ 2
n
OH
–
Таким образом, окисел растет на металлической поверхности ано-
да, а водород выделяется у катода. Из уравнения видно, что в ходе про-
цесса присутствует вода. Анодирование обычно проводится в водном 
растворе электролита, однако возможно использование и других сред, 
таких как чистые спирты или расплавы солей (например, NaNO
3
).
Окисные пленки можно изготовить двумя основными способами.
В первом из них (для большинства металлов) при анодировании 
используется постоянный ток, пропускаемый через рабочий объем, 
причем толщина пленки пропорциональна времени, в течение ко-
торого пропускается ток. Толщину осаждаемой пленки можно уве-
личивать до определенного предела. Вблизи этого предела в пленке 
начинают появляться трещины от изгибающих напряжений или на-
чинается процесс рекристаллизации. Максимально достижимая тол-
щина зависит от чистоты подложки, состава электролита и некото-
рых других параметров. Появление эффекта рекристаллизации также 
является результатом действия приложенного напряжения. Все окис-
лы, полученные анодированием, до некоторой степени обнаружива-
ют подобный эффект (Al
2
O
3
, образующийся при напряжении 500 В, 
будет содержать в структуре до 10 % кристаллических включений). 
Наибольшее значение этот факт приобретает при выращивании ок-
сидных пленок тантала и ниобия.
Второй способ выращивания пленок основан на применении по-
стоянного напряжения. Такой метод часто используется при выращи-
вании пленок на подложках из алюминия, поскольку при этом через 
дефекты в пленке можно контролировать электрический пробой, ко-
торый может иметь место в присутствии сильных электрических полей 
(например, при анодировании с использованием постоянного тока). 
Главные отличительные черты, свойственные всем анодным окис-
ным пленкам, заключаются в том, что они растут аморфными слоями, 
не образуя кристаллической решетки. Обычно оксидные поверхности 
получаются гладкими и бездефектными, однако если поверхность ме-

---

85
2.3. осаждение и напыление на подложку
талла недостаточно чистая и ровная, на пограничном слое металл — 
окисел могут появляться дефекты кратерообразной формы, а на гра-
нице пленки и электролита — куполообразные.
Пленки можно наносить также 
методом движ ущегося рас-
творителя
. В методе движущегося растворителя система находится 
в равновесии, т. е. температура сохраняется практически постоянной, 
а перенос вещества осуществляется за счет теплового потока. Систе-
ма имеет вид сэндвича, в котором между источником и подложкой 
находится тонкий слой растворителя. Источник подвергается воздей-
ствию более высокой температуры, чем подложка. По мере повышения 
температуры системы источник и подложка начинают растворяться 
на границе с растворителем. Поскольку температура источника боль-
ше температуры подложки, растворимость источника в растворителе 
больше, чем растворимость подложки. Избыток вещества источника 
диффундирует от области источника к области подложки.
Эффективным для получения прецизионных пленочных структур 
являются химическое CVD (англ. 
chemical vapour deposition
) и физиче-
ское PVD (англ. 
physical vapour deposition
) осаждение из газовой фазы. 
Эти методы давно используются для получения пленок и покрытий 
различного назначения. Обычно кристаллиты в таких пленках име-
ют достаточно большие размеры, но в многослойных или многофаз-
ных CVD-пленках удается получить и наноструктуры.
Химическое осаждение
из газовой фазы, иначе химическое 
осаждение из пара CVD, — метод получения тонких пленок и порош-
ков при помощи высокотемпературных реакций разложения и (или) 
взаимодействия газообразных прекурсоров на подложке (получение 
пленок) или в объеме реактора (получение порошков). В типичном 
CVD-процессе подложка помещается в пары одного или нескольких 
веществ, которые, вступая в реакцию и (или) разлагаясь, произво-
дят на поверхности подложки необходимое вещество. Осаждение 
из газовой фазы обычно связано с высокотемпературными газовы-
ми реакциями хлоридов металлов в атмосфере водорода и азота или 
водорода и углеводородов. Температурный интервал осаждения CVD-
пленок простирается от 1200 до 1400 K, скорость осаждения — от 0.03 
до 0.2 мкм/мин. Использование лазерного излучения позволяет сни-
зить температуру, развивающуюся при осаждении из газовой фазы, 
до 600 K, что способствует образованию нанокристаллических пле-

---

86