Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
нок. В последние годы при осаждении из газовой фазы часто исполь-
зуются металлоорганические прекурсоры типа тетрадиметил(этил)- 
амидов М[N(СН
3
)
2
]
4
и M[N(C
2
H
5
)
2
]
4
, имеющие высокое парциальное-
давление пара. В этом случае разложение прекурсора и активация га-
за-реагента (N
2
, NН
3
) производится с помощью электронного цикло-
тронного резонанса. С помощью CVD-процесса получают материалы 
с различными структурами: монокристаллы, поликристаллы, аморф-
ные тела и эпитаксиальные. Примеры материалов: кремний, углерод-
ное волокно, углеродное нановолокно, углеродные нанотрубки, SiO
2
, 
вольфрам, карбид кремния, нитрид кремния, нитрид титана, различ-
ные диэлектрики, а также синтетические алмазы.
Напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы PVD
обозначает группу методов напыления покрытий (тонких пленок) 
в вакууме, при которых покрытие получается путем прямой конден-
сации пара наносимого материала. Различают следующие стадии 
PVD-процесса:
— создание газа (пара) из частиц, составляющих напыление;
— транспорт пара к подложке;
— конденсация пара на подложке и формирование покрытия.
PVD-процесс применяют для создания на поверхности деталей, ин-
струментов и оборудования функциональных покрытий износостой-
ких, коррозионно-стойких, антифрикционных и т. д. Процесс исполь-
зуется при производстве часов с золотым покрытием. Материалами 
для напыления служат диски из титана, алюминия, вольфрама, хро-
ма и их сплавов; ацетилен (для покрытий, содержащих углерод); азот. 
С помощью PVD-процесса получают покрытия толщиной до 5 мкм, 
обычно после нанесения покрытия поверхность не требует дополни-
тельной обработки.
Осаждением на холодную или подогретую поверхность подложки 
получают пленки и покрытия, т. е. непрерывные слои нанокристалли-
ческого материала. В этом способе, в отличие от газофазного синте-
за, образование наночастиц происходит непосредственно на поверх-
ности подложки, а не в объеме инертного газа вблизи охлажденной 
стенки. Благодаря получению компактного слоя нанокристалличе-
ского материала отпадает необходимость прессования. Осаждение 
на подложку может происходить из паров, плазмы или коллоидно-
го раствора. При осаждении из паров металл испаряется в вакууме, 

---

87
2.3. осаждение и напыление на подложку
в кислород- или азотсодержащей атмосфере, и пары металла или об-
разовавшегося соединения конденсируются на подложке. Размер кри-
сталлитов в пленке можно регулировать изменением скорости испа-
рения и температуры подложки. Чаще всего этим способом получают 
нанокристаллические пленки металлов. Пленка из оксида циркония, 
легированного оксидом иттрия, со средним размером кристаллитов 
от 10 до 30 нм была получена с помощью импульсного лазерного ис-
парения металлов в пучке ионов кислорода и последующего осажде-
ния оксидов на подложку с температурой в интервале от 350 до 700 K. 
При осаждении из плазмы для поддержания электрического разряда 
используется инертный газ. Непрерывность и толщину пленки, раз-
меры кристаллитов в ней можно регулировать изменением давле-
ния газа и параметров разряда. В качестве источника металлических 
ионов при осаждении из плазмы используют металлические катоды, 
обеспечивающие высокую степень ионизации (от 30 до 100 %); кине-
тическая энергия ионов составляет от 10 до 200 эВ, а скорость осажде-
ния — до 3 мкм/мин. При воздействии на хром плазмой, полученной 
дуговым разрядом в аргоне низкого давления, на медную подложку 
была нанесена хромовая пленка со средним размером кристаллитов 
около 20 нм; пленка толщиной менее 500 нм имела аморфную струк-
туру, а при большей толщине находилась в кристаллическом состоя-
нии. Высокая твердость (до 20 ГПа) пленки была обусловлена образо-
ванием сверхпересыщенных твердых растворов примесей внедрения 
(С, N) в хроме.
С помощью осаждения из плазмы можно получать не просто плен-
ки нанометровой толщины, но пленки, имеющие наноструктуру. По-
лученные таким образом тонкие гранулированные пленки Со-А1-О 
обладают очень большим магнетосопротивлением, несмотря на их 
большое электросопротивление. Это уникальное свойство было отне-
сено к гранулированной металлоксидной микроструктуре, содержа-
щей металлические наночастицы, внедренные в матрицу из неметал-
лического изолирующего оксида. Гигантское магнетосопротивление 
возникает при наличии суперпарамагнетизма, поэтому размер маг-
нитных частиц в пленке должен быть очень мал. Для выяснения это-
го была изучена микроструктура пленок с помощью электронной 
микроскопии высокого разрешения и малоуглового рассеяния рент-
геновских лучей. Тонкие гранулированные пленки сплавов системы 

---

88