Проблема получения мелкодисперсных пленок соединений металлов и углерода, в особенности, получение таких тонкопленочных структур, как соединения меди, серебра или золота с углеродом и применение их для различных областей техники, давно обсуждается в литературе. Интерес к этой теме сейчас достаточно высок, так как известно, что уменьшение размера кристаллитов ниже определённой величины приводит к потере некоторых объемных свойств вещества или к значительному их изменению. Это происходит при уменьшении размеров зерен до нескольких десятков нанометров. Изучению свойств мелкодисперсных структур в настоящее время посвящено много работ. В нашей работе получены экспериментальные данные по распылению составной графито-медной мишени при различных режимах работы магнетрона. В частности, получены графито-медные наноструктуры в виде монослойных покрытий при разном содержании меди в плёнке. Представлена схема экспериментальной установки с описанием особенностей ее применения для управляемого формирования тонкопленочных покрытий. Приведены значения параметров магнетронного распыления и размеров мишени, необходимых для получения мелкодисперсных покрытий и эффективного напыления. В ходе проведенных экспериментов нами были отмечены некоторые особенности процесса напыления таких плёнок. Эти особенности заключаются в том, что процесс формирования плёнок, состоящих из монослоя мелкодисперсных элементов, часто нестабилен и при одинаковых условиях напыления иногда приводит к образованию сплошной графитовой пленки. В настоящей работе сделана попытка найти устойчивые режимы получения таких покрытий.
Методами электронографии, электронной и зондовой микроскопии изучено строение пленок, полученных отжигом на воздухе и в азоте предварительно нанесенных слоев металлического алюминия на (0001) поверхность сапфировых пластин. Совершенство получаемых пленок Al2O3 повышается с повышением температуры отжига на воздухе до 1400 °С, со снижением скорости нагрева до 50 °С час-1, а также при наличии на поверхности пленки микрорельефа. При отжиге в азоте получены многослойные, неоднородные по составу пленки оксидов алюминия.
Методами электронографии, электронной и рентгеновской дифракции изучено строение пленок, полученных отжигом в азоте предварительно нанесенных слоев металлического алюминия на (0001) поверхность сапфировых пластин. Пленки нитрида алюминия на подложках сапфира растут, в соответствии с ориентационным соотношением (0001)<10 1 0>AlN║ ║(0001)<11 2 0>Al2O3. Наилучшие результаты были получены при нитридизации алюминиевых пленок на сапфире в режиме нагрева до температуры 1200 °С (со скоростью нагрева ~100 °С/час) и выдержке в течении 1 часа.
Методами рентгеновской дифракции и магнитометрии изучено строение пленок, полученных отжигом на воздухе предварительно нанесенных чередующихся слоев металлов Co, Fe и Ni, Fe на (0001)-поверхность сапфировых пластин. Показано, что слои ферритов кобальта и никеля толщиной 30 нм обладают коэрцитивной силой порядка 1200 Э и 800 Э соответственно. Методами магнитной силовой микроскопии продемонстрирована возможность формирования магнитной доменной структуры в пленках феррита никеля и кобальта.
Получены тонкие пленки ZnO на подложках (0001) Al2O3 с террасно-ступенчатой наноструктурой поверхности после термохимической нитридизации и с буферными слоями золота. Исследованы их электрические и фотолюминесцентные свойства. Наибольшую подвижность и удельное сопротивление имеют пленки ZnO, полученные на AlN/(0001) Al2O3, которые обладали высоким структурным совершенством. Применение Au в качестве буферных слоев также приводит к повышению структурного совершенства эпитаксиальных пленок ZnO. Однако при этом наблюдается значительное снижение подвижности, связанное с рассеянием на атомах золота, внедренных в решетку ZnO, и уменьшение концентрации носителей.
В данной работе предложена методика формирования бинарных пленок AlN и ZnO неполярных и полуполярных ориентаций на сапфире термохимическим и термическим методами, а также выполнена их характеризация дифракционными и микроскопическими методами. Показано, что отжиг подложек сапфира с террасно-ступенчатой наноструктурой поверхности в восстановительной газовой среде при высокой температуре 1650 °С позволяет получать сплошные неполярные монокристаллическая пленка AlN с гексагональной структурой типа вюрцита. Приведены результаты постростового отжига (1200 °С) поликристаллической пленки ZnO толщиной около 1 мкм, нанесенной на поверхность темплейта (11 2 0) AlN/-Al2O3. Анализ полюсных фигур рентгеновской дифракции демонстрирует формирование в результате постростового отжига текстурированной полуполярной пленки 1011 ZnO. Такая методика формирования неполярных и полуполярных пленок AlN и ZnO может найти широкое применение в пьезоэлетронике и оптоэлектронике.
В работе проведено исследование влияния потоков атомов железа на формирование слоев графена на поверхности монокристаллов карбида кремния в процессе его вакуумной термодеструкции. Установлены скорости встречных потоков железа позволяющих формировать композитные графеновые слои различной структуры с внедренными атомами железа. Показано, что в отсутствие потоков железа в процессе вакуумной термодеструкции на поверхности карбида кремния формируется только многослойный графен (островки с линейными размерами 3–5 мкм) с разным содержанием дефектов.
Методами рентгеновской дифракции и магнитно-силовой микроскопии исследовались пленки системы Bi25FeO39-BFO на R-срезах сапфира. В нанокристаллах BFO наблюдался эффект обратного магнитоэлектрического переключения при приложении напряжения величиной ±10 В вдоль поверхности пленки. Величина магнитного момента нанокристаллов BFO, определенная в модели двух малых магнитов, была порядка 10-8–10-9 emu.
Настоящая работа посвящена исследованию влияния режимов напыления на свойства функциональных покрытий в плазменном реакторе, основанном на распылительном источнике (магнетроне) и индуктивном ВЧ-разряде с внешним магнитным полем, являющимся источником потока ассистирующих ионов. Получены образцы функциональных покрытий, изготовленных при работе только распылительного источника и при совместной работе распылительного и плазменного источников. Проведено сравнение свойств таких покрытий. Представлены результаты напыления пленок из титана. Получено, что с ростом величины потока ассистирующих ионов, который определялся мощностью ВЧ-генератора, увеличивается удельное сопротивление пленок титана, а также их микротвердость. Показано, что облучение пленок потоком ускоренных ионов приводит к уменьшению размера зерна напыляемых покрытий, а также к уменьшению содержания примесей.
В представленной работе приводятся результаты исследований люминесцентных свойств поверхности сапфира покрытой нанокластерами золота. В качестве метода возбуждения люминесценции в работе был использован поток быстрых электронов с ускоряющим напряжением 40 кВ. Показано, что в ультрафиолетовой области спектра катодолюминесценции чистого сапфира при малых ускоряющих напряжениях (40 кВ) свечение практически отсутствует. После нанесения покрытия золота свечение в ультрафиолетовой области усиливается за счет интенсивной генерации вакансий кислорода в области контакта золота с сапфиром. Показано, что F+-полоса люминесценции при возбуждении потоком быстрых электронов является в сапфире основной, а F-полоса подавлена. Продемонстрировано плазмонное усиление интенсивности люминесценции, как в ультрафиолетовой, так и красной области спектра при нанесении нанокластеров золота. При фокусировке пучка электронов обнаружен эффект усиления люминесценции в ультрафиолетовой области и температурного гашения в красной области спектра. Усиление интенсивности люминесценции F+- центров связано с генерацией новых вакансий кислорода и перезарядкой старых.