Документ 853722

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
им. М.В. ЛОМОНОСОВА
ФАКУЛЬТЕТ НАУК О МАТЕРИАЛАХ
ХИМИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
________________________________________________________________________________
Описание задач спецпрактикума
«МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И АНАЛИЗА
НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ»
Часть 1. ТОНКИЕ ПЛЕНКИ И ПРЕКУРСОРЫ
под редакцией:
профессора кафедры неорганической химии Кауля А.Р.
Аннотация. Настоящее учебное пособие является первой частью руководства
для лабораторных занятий студентов 4 курса Химического факультета и 5 курса
Факультета наук о материалах МГУ им. М.В.Ломоносова в спецпрактикуме
"Методы получения и анализа неорганических материалов, проводимого в
объеме 120 часов.
В первую часть сборника вошли задачи, связанные с получением и
изучением свойств пленок – класса материалов, представляющего в последнее
время значительный практический и фундаментальный интерес, а также
веществ – предшественников получения пленок и порошков. Основной целью
лабораторных задач является освоение студентами методов получения
материалов в тонкопленочном состоянии с оптическими и электрическими
свойствами. В задачах представлены экспериментальные методики, широко
используемые в практике научных лабораторий: химическое осаждение пленок
из паров металлоорганических соединений MOCVD (Metal Organic Chemical
Vapour Deposition), алкоксометод, вакуумное напыление тонкопленочных
структур, химическая фотолитография.
В ходе выполнения задачи студенту необходимо ознакомиться, в
дополнение к описанию, с предлагаемой литературой по теме задачи,
самостоятельно провести синтез, идентификацию и исследование свойств
полученных материалов. На выполнение каждой задачи отводится 8 занятий
длительностью 4 часа. Выполнение задачи завершается обработкой
экспериментальных результатов, написанием отчета и докладом по результатам
выполненной работы на зачетной конференции.
Содержание спецпрактикума:
1.
Задача:
ПОЛУЧЕНИЕ
ТОНКИХ
ЛЮМИНЕСЦИРУЮЩИХ
КАРБОКСИЛАТОВ
МЕТОДОМ РЕАКЦИОННОГО ОСАЖДЕНИЯ.
ПЛЕНОК
ТЕРБИЯ(III)
(авторы Кузьмина Н.П, Котова О.В.)
Цель работы: ознакомление с особенностями синтеза и люминесценции
комплексов РЗЭ(III), а также освоение метода осаждения пленок нелетучих
комплексов по реакции обмена лигандами в газовой фазе.
План работы:
1).
Синтез
исходных
летучих
прекурсоров
Tb(dpm)3
–
дипивалоилметаната тербия и/или Tb(acac)3Phen – ацетилацетоната тербия с
1,10-фенантролином;
2). Характеризация полученных соединений методами элементного, ИК
спектроскопического и фотолюминесцентного анализов;
3). По реакции обмена лигандами между Tb(dpm)3 (или Tb(acac)3Phen) и
бензойной кислотой Hbz в газовой фазе получение тонкой, прозрачной пленки
комплекса Tb(bz)3. Идентифицирование продуктов газофазного синтеза
методами элементного, ИК спектроскопического анализов, изучение их
фотолюминесценции.
2.
Задача:
АЛКОКСОМЕТОД
ПОЛУЧЕНИЯ
ПОРОШКОВ, КЕРАМИКИ И ПЛЕНОК.
ОКСИДНЫХ
(авторы Корсаков И.Е., Туревская Е.П.)
Цель работы: освоение принципов современного синтетического метода
неорганической химии – алкоксометода получения пленок, порошков и
керамики сложных оксидов. Работа включает в себя
знакомство с
электрохимическим синтезом алкоголятов ряда металлов, приобретение
навыков работы с гигроскопичными соединениями, использование алкоголятов
в качестве прекурсоров многокомпонентных материалов. Задача может
выполняться на примерах сегнетоэлектрических материалов PbTiO3, PbTi1xZrxO3, BaTiO3, KNbO3, BaNb2O6 и других сложных оксидов.
План работы:
Задача включает в себя два направления работы: получение объёмных
материалов (порошков, керамики) и получение пленок. В обоих случаях
начальной стадией является электрохимический синтез алкоголята металла и
выделение его в индивидуальном виде. Далее готовится раствор прекурсора,
подвергаемый
контролируемому
гидролизу
(при
получении
порошков/керамики), либо пленкообразующий раствор (вариант - осаждение
пленки методом MOCVD).
Работа выполняется группой из двух (или более) студентов, каждый из
которых получает индивидуальное задание, являющееся частью их совместной
работы. Например, синтез алкоголятов проводится ими совместно, а получение
пленки и порошка сложного оксида производится ими параллельно.
3.
Задача:
ПОЛУЧЕНИЕ ПЛЕНОК И ПОРОШКОВ СУЛЬФИДОВ
РЗЭ C ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДИТИОКАРБАМАТНЫХ КОМПЛЕКСОВ
(авторы Кузьмина Н.П., Корсаков И.Е.)
Цель работы: обучение методам синтеза, очистки и физико-химического
иследования диалкилдитиокарбаматов РЗЭ, синтез порошков сульфидов РЗЭ с
использованием этих соединений в качестве прекурсоров, а также
ознакомление с химическими газофазными методами получения пленок на
примере сульфидов РЗЭ.
План работы:
Задача состоит из двух основных частей:
I. синтез и характеристика разнолигандных комплексов РЗЭ состава
[Ln(dalkdtc)3(Phen)] (dalkdtc – диалкилдитиокарбамат-ион, Phen – офенантролин),
II – синтез и характеристика сульфидов РЗЭ в виде порошков или пленок,
полученных с использованием [Ln(dalkdtc)3(Phen)] в качестве прекурсоров.
4.
Задача:
ХИМИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ ПЛЕНОК ПРОСТЫХ И
СЛОЖНЫХ ОКСИДОВ ИЗ ПАРОВ МЕТАЛЛОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ (MOCVD)
(авторы Корсаков И.Е., Кузьмина Н.П.)
Цель работы: ознакомление с методом осаждения тонкопленочных
покрытий из паров летучих веществ (CVD) . Работа включает в себя синтез и
исследование летучих металлорганических соединений (бета-дикетонатов
металлов), исследование их сублимационной способности, напыление пленок
(гетероструктур) и их исследование набором методов.
Задача может выполняться на примерах синтеза тонкопленочных
алюминатов, титанатов, цирконатов, манганитов, ферритов, кобальтитов,
никелатов, купратов РЗЭ и ЩЗЭ и их твердых растворов, таких как: PbTiO3,
PbTi1-xZrxO3, SrTiO3, KNbO3, LaNiO3 , La1-xSrxMnO3, La1-xBaxCo1-yFeyO3, LaAlO3
и других сложнооксидных материалов - по усмотрению преподавателя.
План работы:
- Знакомство с литературой. Ознакомление с оборудованием и правилами
техники безопасности. Предварительные расчеты, подготовка реагентов.
- Синтез исходных летучих веществ (прекурсоров), их выделение и очистка,
химический анализ и исследование методами термического анализа и ИКспектроскопии.
- Исследование сублимационных свойств синтезированных прекурсоров.
- Осаждение тонких пленок из паров синтезированных веществ методом
MOCVD на различные монокристаллические подложки, возможно
напыление многослойных гетероструктур.
- Исследование полученных пленок (оптическая и электронная микроскопия,
рентгеноспектральный микроанализ, рентгеновская дифракция).
- Обсуждение результатов. Оформление отчета о проделанной работе.
Работа выполняется группой из двух (или более) студентов, каждый из
которых получает индивидуальное задание, являющееся частью их совместной
работы.
5.
Задача:
ХИМИЧЕСКАЯ ФОТОЛИТОГРАФИЯ.
(автор Горбенко О.Ю.)
Цель работы: Методом фотолитографии создать схему мостиковой
структуры для измерения магнетосопротивления на слабой связи,
сформированной на ступеньке в слое манганита.Методом MOCVD получить
пленки PrO2-x/SrTiO3 и La1-xMnO3/PrO2-x/SrTiO3 или (La,Na)xMnO3-δ/PrO2-x/SrTiO3).
План работы:
 Знакомство с литературой по методу фотолитографии и
сопряженным вопросам. Ознакомление с правилами техники
безопасности и оборудованием. Предварительные расчеты,
подготовка реагентов.
 Получение пленки оксида празеодима PrO2-x, ее анализ.
 Химическая фотолитография пленки PrO2-x.
 Получение пленки манганита лантана La1-xMnO3.
 Фотолитография пленки La1-xMnO3.
 Электрические и магнитные измерения.
 Обсуждение результатов. Составление и оформление отчета по
проделанной работе.
 Доклад о результатах на зачетной конференции.
Цель работы: Освоение метода химической фотолитографии на примере
создания планарной структуры в тонких пленках Nd0.55Sr0.45MnO3/SrTiO3(110)
(вариант 2а) или (La1-хAgxMnO3, вариант 2б) для сравнения электрических
свойств в различных кристаллографических направлениях на примере.
План работы:
 Знакомство с литературой по методу фотолитографии и
сопряженным вопросам. Ознакомление с правилами техники
безопасности и оборудованием; предварительные расчеты,
подготовка реагентов.
 Синтез пленки манганита неодима- стронция Nd0.55Sr0.45MnO3 (La1хMnO3), ее исследование методами рентгено-спектрального и
рентгенофазового анализа.
 Ориентация пленки для измерения электрических свойств в
различных кристаллографических направлениях.
 Химическая фотолитография пленки Nd0.55Sr0.45MnO3 (La1-хMnO3).
 (Для варианта 2б добавляется: легирование пленки La1-xMnO3
серебром и электронная микроскопия полученной пленки La1xAgxMnO3).
 Электрические и магнитные измерения.
 Обсуждение результатов. Составление и оформление отчета по
проделанной работе.
 Доклад о результатах на зачетной конференции.
6.
Задача:
СТРУКТУР
ВАКУУМНОЕ
НАПЫЛЕНИЕ
ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ
(авторы Васильев Р.Б., Дорофеев С.Г.)
В настоящее время получение тонких пленок полупроводников, изоляторов
и металлов становится всё более актуальной задачей. Современная
микроэлектронная индустрия базируется именно на тонкопленочных
технологиях. Одними из наиболее распространенных методов нанесения
тонких пленок и слоев толщиной порядка сотен и тысяч нанометров являются
методы вакуумного напыления. Эти методы обеспечивают получение пленок
заданного состава и геометрического профиля с высокой воспроизводимостью.
В настоящей задаче предполагается знакомство с основами методов
вакуумного напыления на примере синтеза пленок металлов и диэлектриков.
Работа включает расчет геометрических характеристик системы для получения
заданного
профиля
пленки,
выбор
условий
роста
исходя
из
термодинамических и кинетических свойств системы, нанесение пленок
металла с использованием термического испарителя и пленок диэлектрика с
использованием нагрева мишени электронным лучем. Эти подразделы
охватывают вопросы нанесения как относительно легколетучих материалов,
так и трудноиспаряемых веществ. Таким образом, цель работы - получение
тонких пленок алюминия и оксида алюминия методами термического и
электронно-лучевого испарения в вакууме, измерение толщины образцов
методом степ-профилометрии, характеризацию фазового состава пленок
методом рентгеновской дифракции и исследование электрофизических
характеристик методом спектроскопии импеданса. В результате должна быть
получена информация о скоростях роста и диэлектрической проницаемости в
указанной системе. В ходе работы предполагается использование метода степпрофилометрии – одного из базовых методов измерения толщины тонких
пленок. Свойства полученных объектов исследуются на примере измерения
электрофизических характеристик методом спектроскопии импеданса. Как
результат должна быть получена информация о диэлектрической
проницаемости материала (диэлектрика Al2O3).