Ионика твердого тела. Том 1 - Иванов-Шиц А.К.
ISBN 5-288-02746-3
Скачать (прямая ссылка):
типов ионнообменников определены условия наиболее полного обмена ионов и
емкость по каждому из них, получены термодинамические и кинетические
соотношения, составлены ряды обменивающихся ионов, во многих случаях
исследованы механизмы реакций [88-94]
Методом ионного наслаивания выполнен синтез широкого круга неорганических
соединений, включая оксиды [95-98], пероксиды [99, 100], сульфиды [101-
106], теллуриды [107], хроматы [108], фосфаты [109]
Впервые в работе [110] изучена возможность получения методом ионного
наслаивания нанослоев фторидов металлов и установлены условия синтеза ТЭЛ
фторида лантана В качестве реагентов были использованы водные растворы
хлорида и нитрата лантана, фтороводородной кислоты, а также водные и
водно-спиртовые растворы фторидов натрия и аммония В роли подложки
применялся монокристалл ический кремний марки КЭФ-7,5 ориентации <Ш> Для
подготовки к синтезу подложку промывали в ацетоне, протравливали в
плавиковой кислоте и кипятили в водном растворе соли лантана в течение 5
мин с последующей отмывкой водой Затем ее погружали в раствор соли
лантана и промывную жидкость (воду), причем продолжительность обработки
раствором и отмывки составляла 0,5-5 мин Далее образец помещался на 10
мин в проточный реактор, через который пропускался газообразный HF,
источником которого служил концентрированный раствор плавиковой кислоты,
продуваемый со скоростью 0.2ЧХЗ дм3 чин4 воздухом, прошедшим через
концентрированный раствор H2S04 и твердый NaOH Данная последовательность
обработок, приводящая к возникновению на по-
54
верхности кремниевой подложки одного слоя фторида лантана, составляла
один цикл ионного наслаивания
Для определения оптимальных условий синтеза LaF3 изменялись концентрация
солей металла, pH растворов, продолжительность обработки образца в жидкой
и газовой фазах и число циклов ионного наслаивания Для контроля толшины
получаема слоев LaF3 использовался метод эллипсомет-рии
Строение слоя LaF3 было изучено методом элеюронографии, с помощью
которого было установлено, что синтезированный слой имеет
поликристаллическую гексагональную структуру LaF3 с параметрами а"7,1бАис
= 7,32 А. Для объяснения этих результатов была предложена следующая схема
реакции На первой стадии происходит хемосорбция ионов La3+ на поверхности
кремния
¦ SiOH + La5+3q-> = SiOLa2+a4 + Н+, ())
которая, возможно, протекает также с разрывом Si-О-Si ка поверхности
оксида
- Si =SiOLa2+aq
) О+ 2 Lai*, -" + 2Н*. (2)
s Si s Si =SiOLa2+aq
В результате поверхность подложки становится заряженной положительно
Далее после отмывки и обработки фторидом происходит взаимодействие ионов
F" с катионными центрами поверхности с образованием гндрофторидного
комплекса
Ш SiOLa* + F ----------r-> =SiOLa(FH+ - Г)2, (3)
вследствие чего поверхность приобретает отрицательный заряд, а
следовательно, и способность участвовать в дальнейшей реакции с ионом
La3+
После многократного проведения реакций ионного наслаивания на
поверхности, как следует из результатов работы [111], образуется слой
состава LaF3 ¦ /"Н20, а при обработке его при температуре 200-300 °С в
потоке сухого HF - слой LaF3
Данным способом были синтезированы также и нанослои других фторидов
металлов II-V групп, например ScF3, и на их основе мультислои, подобные
сверхрешеткам nScF3-mLaF3 (где п и т - число циклов ионного наслаивания)
с числом и порядком расположения каждого из фторидов, заданных числом
циклов ионного наслаивания (рис. 11*4.9) [111]-
й, град
Рис 114 9 Изменение эллипсометрического параметра Д для мультжлоев nLaF3-
mScF3 на поверхности Si, синтезированных с использованием в качестве
реагентов растворов La(N03)3 и Sc (NG3)3 (С - i0'J М) и газообразного HF
в зависимости от числа циклов ионного наслаивания и
55
Метод ионного наслаивания может быть успешно применен для синтеза и
других ТЭЛ с заданным носителем заряда
4,2.4. Твердофазные методы получения пленок* Рассмотрим еще один
оригинальный способ образования пленок оксидных фаз на оксидных подложках
в результате протекания твердофазных реакций Подобная методика может быть
реализована в двух вариантах с помощью поверхностных твердофазных реакций
и посредством твердофазного растекания оксидов
В основе первого варианта лежит твердофазная реакция между оксидной
подложкой и другим простым или сложным оксидом, обладающим большой
реакционной или диффузионной активностью Примером реализации подобного
подхода является синтез пленок полиалюминатов [112, 113] Пленки Na-, К- и
Cs-P-глиноземов были получены в результате твердофазных реакций порошков
МАЮ2 с моно* и поликристалл и ческим и подложками из ct-Al203 или мон о
кристаллическими подложками из MgAl20<i и Y3AI5O12 Например, образование
слоев, состоящих из когерентно сросшихся фаз Na-J3- и Na-P"-Al2Oj,
толщиной 40-120 мкм происходило в результате отжига при высоких
температурах (1000-1500°С) на подложках из а-А1203 в среде порошка NaA102
[112, 113] Рост фаз происходил на поверхности как а-А1203, так и NaA102 в
