Создание функциональных наноматериалов

Оборудование:

Комплекс по созданию тонкопленочных функциональных наноматериалов «PLD-MS-RHEED-ALD-SIMS-AFM» (Pulsed Laser Deposition – Magnetron Sputtering-Reflection High-Energy Electron Diffraction- Secondary Ion Mass Spectrometry- Atomic Force Microscopy) Структура комплекса:

Два дополняющих друг друга метода по созданию наноразмерных объектов: I. Импульсно лазерное осаждение (PLD) - технология по созданию тонких пленок (с контролируемыми толщинами от 1 ангстерма до сотен нанометров) посредством распыления материала мишени мощным 'сфокусированным лазерным импульсом внутри вакуумной камеры. Тех. характеристики установки: - для лазерной абляции используется твердотельный Nd:Yag лазер, работающий на 4 гармониках: 266 нм, 355 нм, 532 нм, 1064 нм. - осаждение при различных температурах до 800 градусов Цельсия. - осаждение в атмосфере различных рабочих газов или их смеси - осаждение в вакууме до 10-10 Torr - прецизионный контроль толщины пленки с точностью до 0,01 ангстрема - со-осаждение материалов и получение многокомпонентных структур посредством использования дополнительного лазера или магнетронного распыления (MS). II. Атомно-слоевое осаждение (ALD) - это технология осаждения тонких плёнок, которая базируется на последовательных химических реакциях между паром и твёрдым телом и имеет свойство самоограничения. Эта технология используется для создания ультратонких и однородных пленочных структур и применяется для большинства полупроводниковых и тонкопленочных приложений. Технические характеристики:

  • 2 газовых линии
  • нагрев до 500ОС
  • SIMS прецизионный контроль газа
  • 6 прекурсоров

Приложения:

  • Фотонные кристаллы
  • Микроэлектромеханические системы
  • Микрокапсулирование
  • Пароизоляционые покрытия

Возможность контроля состава, структуры, морфологии поверхности формируемых покрытий в одном вакуумном цикле. I. Масс-спектрометрия вторичных ионов (SIMS)- метод исследования вещества, путём определения отношения массы к заряду (качества) и количества заряженных частиц, полученных в результате распыления поверхности образца первичным сфокусированным ионным пучком. Используется для анализа состава твёрдых поверхностей и тонких плёнок. Является самой чувствительной из техник анализа поверхностей, способной обнаружить присутствие элемента в диапазоне 1 часть на миллиард. Технические характеристики:

  • Возможность исследования диэлектриков
  • Режимы положительного и отрицательного МСВИ
  • Диапазон масс >1000 m/Z
  • возможность очистки поверхности путем ионного травления
  • возможность провести анализ за 5 минут

II. Сканирующий зондовый микроскоп (AFM) в условиях сверхвысокого вакуума JSPM-4610A (JEOL, Япония). Применение - анализ поверхностей наноструктур и исследование их свойств. Технические характеристики:

  • Давление в вакууме - 10-8 Па
  • Разрешение 0.14 нм по горизонтали и вертикали
  • Максимальный размер образца - 3 (Ш) х 7,7 (Д) х 0,3 (Т) мм
  • Возможность очистки и нагрева образца прямо в камере
  • Исследование как органических материалов, так и неорганических

Режимы работы:

  • сканирующая туннельная микроскопия (STM)
  • атомно-силовая микроскопия (AFM)

Режимы AFM :

  • контактный (contact),
  • динамический контактный (AC),
  • бесконтактный (NC),
  • магнитно-силовая микроскопия (MFM),
  • фрикционно-силовая микроскопия (FFM)

Возможность исследования структуры in situ, real time. Дифракция быстрых электронов (RHEED) — метод исследования структуры поверхности твердых тел, основанный на анализе картин дифракции электронов с энергией 5–100 кэВ, упруго рассеянных от исследуемой поверхности под скользящими углами.

Технические характеристики:

  • Точечный электронный пучок с энергиями до 10 кЭв
  • Построение карты прямого и обратного пространства для кристаллической структуры

Приложения - определение кристаллического совершенства и определения постоянной кристаллической решетки Установка ионно-плазменного напыления предназначена для синтеза тонкопленочных слоев, в том числе и наноструктурированных материалов, в частности, с помощью применения методики поочередного соосаждения нанослоев различных материалов при различных параметрах синтеза. Применяется метод осаждения плазмы материала, получаемой бомбардировкой мощным ионным источником. Работа комплекса автоматизирована, и позволяет проводить исследования удаленно.Данная методика позволяет распылять различные типы материалов и покрывать большие поверхности (1~40 см характерный размер)

Установка магнетронного напыления большой площади

Установка по нанесению покрытий Вакуумная установка по нанесению покрытий на рулонный материал является универсальной напылительной установкой с возможностью частичной модификации и изменения функционала под требования пользователя. На данном типе оборудования возможна реализация магнетронного распыления с одного магнетрона. Существует также набор опций, позволяющий расширить возможности базовой комплектации: установка источника ионов для чистки и активации поверхности, различные варианты оснастки под образцы (в том числе и перемоточный механизм).

Технические характеристики:

  • Размеры камеры ДхШхВ не менее 1000х1000х600мм;
  • Площадь покрытия составляет 4000см2 в 3000 см2;
  • Рабочее давление в камере не менее 5 х 10-5 Па;
  • Вакуумная система откачки с турбомолекулярным насосом, производительностью не менее 1000л/с;
  • Скорость осаждения материала достигает 30 Å/с;
  • Система прогрева рабочей камеры для высоковакуумных применений до 1000 С.
  • Формирование на подложках, тонкопленочные покрытия:

1) Серебра (Ag) со скоростью не менее 200 нм-м/мин .

2) Оксида кремния (SiO2) со скоростью не менее 10 нм-м/мин, при этом, температура подложки во время напыления не превышает 50 oC.

  • Размеры загружаемых образцов до 900× 300 мм.
  • PLC контроллер.

Представленная установка является не только лабораторной, но и полупромышленной системой.