Тип публикации: отчёт о НИР
Год издания: 2023
Ключевые слова: наноматериал, нанослой, наночастица, твердофазная реакция, кинетика, интерметаллическое соединение (интерметаллид), структурные фазовые превращения, in situ исследования, просвечивающая электронная микроскопия, дифракция электронов, синхронный термический анализ
Аннотация: Второй этап (2023 год) был посвящен: (1) продолжению работ, начатых в 2022 году и направленных на изучение механизмов кристаллизации аморфного кремния (a-Si), инициированной металлами, а именно, изучение влияния промежуточного слоя (Au) на механизм и кинетику твердофазного взаимодействия в системах: Al/Au/a-Si; Cu/Au/a-Si; (2) создПоказать полностьюанию оригинального экспериментального метода модификации наночастиц, позволяющего получать наночастицы с морфологией "ядро/оболочка", а также декорированные. С целью изучения влияния твердофазной реакции между разнородными нанослоями на инициирование процесса кристаллизации аморфного кремния (a-Si) методом магнетронного напыления были получены следующие тонкопленочные наносистемы: Al/a-Si, (Al/a-Si)n; Al/Au; Au/a-Si; Al/Au/a-Si; Cu/Au/a-Si. Методами просвечивающей электронной микроскопии, дифракции электронов и энергодисперсионного анализа определены структурные параметры, такие как: толщины индивидуальных нанослоев, размер кристаллитов, элементный и фазовый состав, характеризующие образцы в исходном состоянии. Проведены in situ исследования процесса кристаллизации a-Si, инициированной металлом, а также процессов фазообразования при твердофазной реакции, как между слоями металлов, так и между металлами и кремнием. Процесс твердофазной реакции, а также кристаллизации a-Si, инициирован путем резистивного нагрева образцов непосредственно в колонне просвечивающего электронного микроскопа. На основании проведенных комплексных исследований сделаны выводы о влиянии промежуточного слоя (Au) на механизм и кинетику твердофазного взаимодействия в системах: Al/Au/a-Si; Cu/Au/a-Si. Исследована степень влияния морфологических особенностей промежуточного слоя на самый начальный этап кристаллизации a-Si (зародышеобразование) и кинетику твердофазной реакции (металл-кремний). Установлено, что добавление промежуточного слоя (Au) существенно влияет на температуру начала процесса кристаллизации a-Si, инициированной металлами, по сравнению с тонкопленочными системами без этого слоя. Так в случае пленок Al/Au/a-Si температура начала кристаллизации a-Si резко повышается (в 2.5-2.7 раз), а в случае пленок Cu/Au/a-Si существенно понижается (на 10-15%). При этом уменьшение толщины слоя золота в обеих системах (Al/Au/a-Si; Cu/Au/a-Si) приводит к значительному повышению температуры начала кристаллизации a-Si, относительно более толстых слоев Au. Предложена модель, объясняющая изменение температуры начала кристаллизации a-Si, инициированной металлом в случае добавления промежуточного слоя. Кристаллизация a-Si, инициированная металлами, в значительной степени определяется процессами протекающими на интерфейсе металл/a-Si, прежде всего зернограничной диффузией атомов аморфного Si в металле (силициде), а также поверхностной энергией границ кристаллитов металла (силицида) на которых происходит зародышеобразование и рост кристаллитов с-Si. Предположено, что формирование интерметаллидов Al-Au в случае пленок Al/Au/a-Si и силицидов Cu-Au-Si в случае пленок Cu/Au/a-Si приводит к изменению параметров диффузии атомов кремния и поверхностной энергии границ зерен по сравнению с чистыми металлами, что, в свою очередь, приводит к изменению температуры и кинетических параметров кристаллизации кремния. С целью модификации наночастиц, а именно, для получения наночастиц с морфологией "ядро/оболочка", а также декорированных наночастиц, авторами проекта в 2023 году было разработано электромеханическое устройство для получения равномерной взвеси наночастиц в условиях высокого вакуума и напыления на поверхность наночастиц слоя металла с помощью магнетронного распыления. Определены технические параметры и разработаны основы получения модифицированных наночастиц разработанным методом. Проведены эксперименты по получению наночастиц различного состава (TiO2, Fe3O4) с морфологией "ядро/оболочка", а также декорированных золотом.