Материалы и методы нанотехнологий : учебное пособие

глава 2. Получение компактных двумерных и трехмерных наноматериалов
В последнее время начались разработки нового класса нанострук-
тур (нанооболочек, нанотрубок, наноколец и т. п.) из монокристалли-
ческих гетероструктур на основе полупроводников типа A
3
B
5
, Si/GeSi 
и др. В основе метода формирования нанообъектов лежит процесс 
изгиба и сворачивания, освобожденных от связей с подложкой на-
пряженных полупроводниковых наноразмерных гетеропленок, пред-
ставляющих собой готовые элементы для создания приборов нано-
электроники, наномеханики. По существу предложенная технология 
является молекулярной технологией, позволяющей манипулировать 
со слоями минимальной толщиной в два монослоя. При формирова-
нии нанотрубок из гетеропленок Si/GeSi, GaAs/InAs толщиной слоев 
в два монослоя для освобождения от связи с подложкой пленок Si/GeSi 
и GaAs/InAs используется селективное травление для удаления сло-
ев Si и AlAs, дополнительно выращенных между пленками и подлож-
кой. Наблюдается сначала изгиб пленок Si/GeSi и GaAs/InAs (каж-
дый слой содержит два молекулярных монослоя) после селективного 
удаления слоев Si и AlAs и далее самосворачивание пленки Si/GeSi 
в трубку-свиток. Предложенная технология дает принципиальную 
возможность получать самые разнообразные трехмерные нанообо-
лочки и создавать на их основе сложные наноприборы различного 
функционального назначения.
Многообещающими являются наноструктуры, в которых роль 
функциональных элементов выполняют отдельные молекулы. Это 
приводит к дальнейшей миниатюризации электронных устройств, 
повышению их быстродействия и информационной емкости. Вполне 
вероятно, что чипы интегральных схем по размерной шкале переме-
стятся до отдельных молекул и на первое место через какое-то время, 
в частности, когда будут решены проблемы температурной стабиль-
ности, выйдет молекулярная наноэлектроника.
2.5. Кристаллизация аморфных сплавов
Нанокристаллическая структура создается в аморфном сплаве пу-
тем его кристаллизации. Аморфные сплавы (их называют также ме-
таллическим стеклами) получают разными методами, основой ко-
торых является быстрый переход компонентов сплава из жидкого 

---

113
2.5. Кристаллизация аморфных сплавов
состояния в твердое. Из-за аморфной структуры магнитные сплавы 
обладают высокой магнитной проницаемостью и низкой коэрцитив-
ной силой. Из-за аморфной структуры конструкционные сплавы от-
личает высокая механическая прочность, устойчивость к растрески-
ванию и большая микротвердость.
Аморфные металлические сплавы являются новым перспективным 
классом материалов. Аморфное состояние сплава характеризуется от-
сутствием дальнего порядка в расположении атомов упаковки. Такое 
состояние достигается сверхбыстрым охлаждением материала из га-
зообразного, жидкого или ионизированного состояния. Существуют 
следующие методы получения аморфных сплавов:
— высокоскоростное ионно-плазменное и термическое напыле-
ние материала на охлаждаемую жидким азотом подложку (позволя-
ет получать слои толщиной до 5 мм);
— химическое или электролитическое осаждение ионов метал-
лов на подложку;
— оплавление тонких поверхностных слоев деталей лазерным лучом;
— лазерная обработка смеси порошков при быстром отводе теп-
ла от расплава;
— сверхбыстрая закалка из жидкого состояния.
Последний метод наиболее отработан и исследован и является ос-
новным методом получения аморфных сплавов. Производство лент, 
фольг и проволок (толщиной до 100 мкм и шириной до 200 мм) про-
водится по схеме подачи струи жидкого металла на вращающийся во-
доохлаждаемый (медный) барабан с гладкой поверхностью. Иногда 
используют также схему извлечения жидкого металла из ванны рас-
плава быстровращающимся водоохлаждаемым диском, погруженным 
вертикально (торцом) в расплав. Еще один способ заключается в рас-
плавлении сплава токами высокой частоты, вытягивании и быстром 
охлаждении аморфной нити толщиной до 200 мкм жидкой средой. 
При нанесении на нить перед охлаждением стеклообразного покры-
тия способ используют для получения стеклометаллических аморф-
ных композиционных материалов.
Возможность получения аморфного состояния определяется хими-
ческим составом и скоростью охлаждения. Последняя обычно состав-
ляет от 10
5
до 10
10
°C/с. С точки зрения выбора химического состава 
сплава существует два подхода. При первом подходе для получения 

---

114