WEB-ресурс научно-практических конференций

Анимова Е.С. к.х.н. Кузнецова С.А., д.т.н. Козик В.В.

Томский государственный университет, Российская Федерация

СИНТЕЗ ПЛЕНОК ZNO ИЗ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕГО РАСТВОРА

Оксидные пленки цинка имеют наиболее выгодное применение в качестве полупроводникового материала в нанотехнологии, активных элементов газовых сенсоров [1], для изготовления самоактивированного люминофора ZnO : Zn и в производстве светоизлучающих диодов [2] и т.д.. Получение пленок основывается на процессах физического, химического и физико-химического характера. В основном применяются физические методы получения пленок ZnO : термическое испарение прекурсора в вакууме, ионное распыление вещества, а также метод реактивного магнетронного распыления. Но все они имеют ряд недостатков (табл. 1).

Таблица 1. Основные методы получения пленок ZnO и их недостатки

Мы предлагаем наиболее простой и недорогостоящий метод получения оксидной пленки ZnO – из пленкообразующих растворов (ПОР).

Целью настоящей работы является разработка состава ПОР для получения пленок оксида цинка на твердотельных подложках.

Пленкообразующий раствор состоит из растворителя, пленкообразующего вещества и различных добавок, которые могут улучшать смачиваемость поверхности подложек. К пленкообразующим веществам предъявляют следующие требования [4]: растворение в достаточно широких пределах в органических полярных жидкостях; легкий гидролиз в присутствии незначительного количества воды; распад в результате гидролиза на нерастворимую и формирующую состав пленки часть. Перечисленные выше требования могут быть в значительной мере удовлетворены правильным выбором растворителя. Наиболее подходящими растворителями являются этиловый спирт и ацетон, содержащие незначительные количества воды. Соли цинка в присутствии воды подвергаются гидролизу, но хорошую растворимость в этиловом спирте, невысокую температуру разложения, с легко удаляющимися продуктами с твердой поверхности, имеет нитрат цинка.

Пленкообразующий раствор готовили, растворяя Zn ( NO ₃ ) ₂ ? 6 H ₂ O в этиловом спирте 96% (масс.) (С( Zn ( NO ₃ ) ₂ ? 6 H ₂ O ) = 0,6моль/л). Исследования показали, что данный раствор пленкообразующей способностью не обладает. Возможно, при этой концентрации не достигается необходимого значения вязкости. При добавлении в раствор соли цинка (С( Zn ( NO ₃ ) ₂ ? 6 H ₂ O )=0,15моль/л) салициловой кислоты C ₆ H ₄ OHCOOH в соотношении металл: лиганд = 1: 2, он приобретает пленкообразующую способность. Вязкость данного ПОР, измеренная на вискозиметре типа ВПЖ-2 с диаметром капилляра 0,99 мм при комнатной температуре, имеет значение 1,96 мм ² /с.

Пленки оксида цинка получали на кремниевых подложках, предметном стекле, и на подложках ниобата лития. Выбор подложек основан на широком их использовании в микроэлектронике и оптике. На кремниевые подложки ПОР наносили при комнатной температуре методом центрифугирования, со скоростью вращения центрифуги 3000 об/мин ( центрифуга MPW -3410 ). На стекле и ниобате лития пленки получали методом вытягивания с помощью устройства выращивания пленок из растворов с блоком управления . Скорость вытягивания составляла 100 мм/мин, при температуре 29 ^о С. Формирование пленок проводили в два этапа: высушивали их при температуре 60 ^о С в сушильном шкафу (1 час) и отжигали в муфельной печи при температуре 400 ^о С (1 час). Согласно литературным данным [5], процесс формирования пленки ZnO из ПОР, содержащего салицилат цинка, например, на подложке монокристаллического кремния можно представить по схеме:

Полученные оксидные пленки на всех подложках по поверхности однородны. В табл. 2 приведены некоторые их свойства. Удельное сопротивление материалов измеряли четырехзондовым методом. Оптические свойства полученных материалов (показатель преломления – n ; толщина – d ) изучали на элипсометре ЛЭФ – 3М.

Таблица 2. Свойства пленок ZnO

Выводы:

- впервые предложен состав ПОР на основе нитрата цинка и салициловой кислоты для получения пленок ZnO ;

- свойства пленок ZnO , полученных из ПОР, зависят от природы подложки.

Список литературы:

1. Росляков И . В . // Nanotechnology. – 2008. - www.nanometer.ru/2008/04/ 06/gazovie_sensori_11725.html

2. Залесский В.Б., Леонова Т.Р., Гончарова О.В. и др. // Физика и химия твердого тела. – 2005. – Т.6 №1. – С. 44–49.

3. Мельниченко А.Т. // Основы технологии толстых и тонких пленок// Учебное пособие ЛЭИС. – Л., 1989.

4. Суйковская Н.В. Химия методов получения тонких прозрачных пленок. – Л.: Химия, 1971. – 199 с.

5. Sugaro T., Suzuka T. // Jap. J. Appl. Phys . – 1973 . – v. 12. № 1 . – Р . 75–81.